Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động của các node mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nỗ lực nghiên cứu và thực hiện đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động của các node mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET” d

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nỗ lực nghiên cứu và thực hiện đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của

sự chuyển động của các node mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET” dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn, đồ án của em đã

được hoàn thiện ở mức tương đối Để đạt được kết quả này, em xin chân thành cảm

ơn các thầy cô trong Bộ môn Mạng và truyền thông - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Trường ĐH CNTT&TT dạy dỗ và đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án tốt nghiệp này một cách nhiệt tình nhất

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, ThS Lê Hoàng Hiệp người

đã vô cùng tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ, định hướng và đóng góp ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án

Mặc dù bản thân em đã nỗ lực hết sức để hoàn thành đồ án song vẫn không tránh khỏi thiếu sót và hạn chế Em kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Văn Hùng

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam kết, toàn bộ nội dung nghiên cứu và được trình bày trong đồ án này

do em thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy ThS Lê Hoàng Hiệp Các phần nội dung

có sử dụng tài liệu tham khảo ở mức độ cho phép và đã có trích dẫn đầy đủ

Thái nguyên, tháng 06 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Văn Hùng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 8

1.1 Lý do chọn đề tài 8

1.2 Mục tiêu 8

1.3 Phương hướng thực hiện đề tài 8

1.4 Phạm vi nghiên cứu 9

1.5 Bố cục đề tài 9

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 Giới thiệu về mạng MANET 10

2.1.1 Lịch sử phát triển và các ứng dụng 10

2.1.2 Các đặc điểm chính của mạng MANET 11

2.2 Vấn đề định tuyến trong mạng MANET 12

2.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống 12

2.2.2 Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET 13

2.2.3 Phân loại các kỹ thuật định tuyến 14

2.3 Các giao thức định tuyến chính trong mạng MANET 17

2.3.1 DSDV 18

2.3.2 AODV 19

2.4 Phần mềm mô phỏng NS2 21

2.4.1 Tổng quan về NS2 21

2.4.2 Kiến trúc của NS2 21

2.4.3 Đặc điểm của NS-2 25

CHƯƠNG III: CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ DI ĐỘNG CỦA NODE MẠNG TRONG MẠNG MANET 26

3.1 Đặt vấn đề 26

3.2 Các thông số đánh giá hiệu năng 26

3.3 Thiết lập mô hình chuyển động của các node mạng và thời gian mô phỏng 28

3.3.1 Mô hình Random Waypoint 28

3.3.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng 31

3.3.4 Lựa chọn thời gian mô phỏng 32

3.4 Phân tích và tạo ra các trường hợp mô phỏng 33

3.4.1 Cách thức phân tích kết quả mô phỏng của NS-2 33

3.4.2 Một số công cụ hỗ trợ việc phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng 34

3.4.3 Mô hình hóa các kịch bản mô phỏng 39

3.4.4 Mô phỏng trong các trường hợp cụ thể 40

CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC NODE MẠNG ĐẾN HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET 41

4.1 Mục tiêu của bài toán 41

4.1.1 Trường hợp các node mạng không di chuyển 41

4.1.2 Trường hợp các node mạng di chuyển với vận tốc trung bình là 10 m/s 52

4.1.3 Khi node mạng di chuyển với vận tốc lớn 20m/s 56

4.2 Đánh giá các kết quả mô phỏng 60

4.2.1 Tỷ lệ phân phát gói tin thành công 60

4.2.2 Thông lượng 61

4.2.3 Độ trễ 62

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64

1 Các kết quả đạt được của đồ án 64

2 Hạn chế 64

3 Hướng phát triển 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Các tham số của mô hình Random Waypoint 29

Hình 3.3 Di chuyển theo mô hình Random Walk 30

Bảng 3.2 Các tham số của mô hình Random Walk 31

Bảng 3.3 Cấu trúc tệp vết 34

Bảng 4.1 Tỷ lệ phân phát gói tin thành công của 2 giao thức AODV và DSDV các node mạng thay đổi với vận tốc bằng 0 m/s 51

Bảng 4.2 Kểt quả thông lượng , độ trễ , mất gói tin 2 giao thức AODV và DSDV các node mạng thay đổi với vận tốc bằng 0 m/s 51

Bảng 4.3 Tỷ lệ phân phát gói tin thành công của 2 giao thức AODV và DSDV các node mạng thay đổi với vận tốc bằng 10 m/s 55

Bảng 4.4 Kểt quả thông lượng , độ trễ , mất gói tin 2 giao thức AODV và DSDV các node mạng thay đổi với vận tốc bằng 10 m/s 55

Bảng 4.5 So sánh tỷ lệ phân phát gói tin thành công của AODV DSDV với vận tốc di chuyển là 20 m/s 59

Bảng 4.6 Kểt quả thông lượng , độ trễ , mất gói tin 2 giao thức AODV và DSDV các node mạng thay đổi với vận tốc bằng 10 m/s 59

Bảng 4.7 Tỷ lệ phân phát gói tin thành công với vận tốc thay đổi của giao thức AODV và DSDV (%) 60

Bảng 4.8.Thống kê thông lượng (Mbps) của giao thức AODV và DSDV 61

Bảng 4.9 Thông kê độ trễ (s) của giao thức AODV và DSDV 62

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET 17

Hình 2.2 Tô-pô mạng thay đổi 18

Hình 2.3 Quá trình khám phá tuyến trong AODV 19

Hình 2.4 Mô hình đơn giản của NS 21

Hình 2.5 Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong Nam 23

Hình 2.6 Kiến trúc của NS2 23

Hình 2.7 TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B 24

Hình 3.1 Các điện thoại liên lạc đóng vai trò là các node mạng trong mạng MANET26 Hình 3.2 Di chuyển của một node theo mô hình Random Waypoint 29

Các tham số mô phỏng cho Random Waypoint được cho trong bảng 3.1 29

Hình 3.3 Di chuyển theo mô hình Random Walk 30

Hình 3.4 Một mô hình kịch bản mô phỏng 39

Hình 4.1 Topo 5 node mạng 42

Hình 4.2 Tổng hợp kết quả từ file perl với node mạng là 5 vận tốc là 0m/s sử dụng giao thức AODV 42

Hình 4.3 Biểu đồ thống kê thông lượng gửi gói tin của 5 node mạng với vận tốc bằng 0 m/s giao thức AODV 43

Hình 4.4 Biểu đồ giữa thông lượng và độ trễ của 5node mạng di chuyển với vận tốc bằng 0m/s giao thức AODV 43

Hình 4.5 Topo 50 node mạng 44

Hình 4.6 Tổng hợp kết quả từ file perl với node mạng là 50 vận tốc là 0m/s sử dụng giao thức AODV 45

Hình 4.7 Biểu đồ thống kê thông lượng gửi gói tin của 50 node mạng với vận tốc bằng 0 m/s giao thức AODV 45

Hình 4.8 Biểu đồ giữa thông lượng và độ trễ của 50node mạng di chuyển với vận tốc bằng 0m/s giao thức AODV 46

Hình 4.9 Topo 100 node mạng 47

Hình 4.10 Tổng hợp kết quả từ file perl với node mạng là 100 vận tốc là 0m/s sử dụng giao thức AODV 47

Hình 4.11 Tổng hợp kết quả từ file perl với node mạng là 5 vận tốc là 0m/s sử dụng

giao thức DSDV 48

Hình 4.12 Biểu đồ thống kê thông lượng gửi gói tin của 5 node mạng với vận tốc bằng 0 m/s giao thức DSDV 49

Hình 4.13 Biểu đồ giữa thông lượng và độ trễ của 5node mạng di chuyển với vận tốc bằng 0m/s giao thức 49

Hình 4.14 Tổng hợp kết quả từ file perl với node mạng là 50 vận tốc là 0m/s sử dụng giao thức DSDV 50

Hình 4.15 Tổng hợp kết quả từ file perl với node mạng là 100 vận tốc là 0m/s sử dụng giao thức DSDV 51

Hình 4.16 Đồ thị tỷ lệ phân phát gói tin thành công (%) 60

Hình 4.17 Đồ thị thể hiện thông lượng của giao thức AODV và DSDV 62

Hình 4.18 Đồ thị thống kê độ trễ của giao thức AODV và DSDV 63

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài

Mạng MANET là một kiểu mạng không dây rất linh hoạt Đó là tập hợp của hai hay nhiều thiết bị được trang bị khả năng nối mạng và truyền thông không dây Các thiết bị như vậy có thể giao tiếp với tất cả thiết bị mạng khác ngay lập tức trong dải vô tuyến (vùng phủ sóng, phạm vi mà thiết bị mạng đó nhận biết được) hay một thiết bị

vô tuyến khác nằm ngoài dải vô tuyến của chúng với điều kiện có các node trung gian

để chuyển tiếp thông tin từ node nguồn đến node đích Thiết bị hỗ trợ mạng MANET

đa dạng và sử dụng khá phổ biến như laptop, điện thoại di động Internet Vì có nhiều

ưu thế vượt trội và những thách thức cần giải quyết, ngày nay mạng MANET đã và đang được nghiên cứu triển khai thành công ở một số nước mà phổ biến là Mỹ Mạng MANET đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng như khắc phục thảm họa thiên nhiên, quốc phòng, y tế, hội nghị nên có xu hướng ứng dụng rộng rãi trên thế giới

Hiện nay, các bài báo và công trình nghiên cứu về sự ảnh hưởng của node mạng trong mạng MANET còn rất ít, do đó tác giả đã mạnh dạn đề xuất đề tài này với mong muốn nhằm góp một phần nhỏ bé làm sáng tỏ các kiến thức chưa được khai phá Trong đề tài này, các kết quả của nghiên cứu nhằm đưa ra được các đánh giá khách quan cho hiệu năng của mạng MANET khi mà các node mạng vừa di chuyển tuy nhiên vẫn phải thực hiện chức năng truyền thông với nhau

1.2 Mục tiêu

- Nghiên cứu sâu lý thuyết về mạng MANET

- Thành thạo, củng cố kỹ thuật cấu hình các giao thức định tuyến trong mạng

MANET

- Hoàn thiện kỹ năng và áp dung các kiến thức đã được học vào bài toán mới

- Đối chiếu và so sánh mức độ ảnh hưởng do sự di chuyển của node mạng tới

hiệu suất trong mạng MANET

1.3 Phương hướng thực hiện đề tài

- Tham khảo tài liệu liên quan về đề tài

- Sử dụng bộ công cụ mô phỏng NS2 để thực hiện đánh giá và mô phỏng, lấy số

liệu kết quả

- Đưa ra các tiêu chí để thực hiện demo và so sánh kết quả dưới sự hướng dẫn

của giáo viên hướng dẫn

1.4 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu tập trung vào sự di động của node mạng ở ba mức: đứng im, di

chuyển trung bình, di chuyển với vận tốc lớn

1.5 Bố cục đề tài

Đề tài dư định bao gồm 4 chương:

- Chương 1: Tổng quan về đề tài

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Cơ sở đánh giá và phân tích ảnh hưởng của sự di động của node

mạng trong mạng manet

- Chương 4: Đánh giá bằng mô phỏng ảnh hưởng của sự chuyển động của các

node mạng đến hiệu năng của một số giao thức định tuyến trong mạng manet

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về mạng MANET

2.1.1 Lịch sử phát triển và các ứng dụng

Lịch sử:

Mạng di động đặc biệt (Mobile Adhoc Netwowk) là mạng tự cấu hình của các node di động kết nối với nhau thông qua các liên kết không dây tạo nên mạng độc lập không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng Các thiết bị trong mạng có thể di chuyển một cách tự do theo mọi hướng, do đó liên kết của nó với các thiết bị khác cũng thay đổi một cách thường xuyên

Nguyên lý làm việc của mạng Adhoc bắt nguồn từ năm 1968 khi các mạng ALOHA được thực hiện Tuy các trạm làm việc là cố định nhưng giao thức ALOHA

đã thực hiện việc quản lý truy cập kênh truyền dưới dạng phân tán, đây là cơ sở lý thuyết để phát triển kỹ thuật truy cập kênh phân tán vào mạng Adhoc

Năm 1973 tổ chức DARPA đã bắt đầu làm việc trên mạng vô tuyến gói tin PRnet Đây là mạng vô tuyến gói tin đa chặng đầu tiên Trong đó các node hợp tác với nhau để gửi dữ liệu tới một node nằm ở xa khu vực kết nối thông qua một node khác

Nó cung cấp cơ chế cho việc quản lý hoạt động trên cơ sở tập trung và phân tán

Một lợi điểm của làm việc đa chặng so với đơn chặng là triển khai đa chặng tạo thuận lợi cho việc dùng lại tài nguyên kênh truyền về cả không gian, thời gian và giảm năng lượng phát cần thiết

Sau đó có nhiều mạng vô tuyên gói tin phát triển nhưng các hệ thống không dây này vẫn chưa bao giờ tới tay người dùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời IEEE đã đổi tên mạng vô tuyến gói tin thành mạng Adhoc

Ứng dụng:

Quân sự: Hoạt động phi tập trung của mạng Adhoc và không phụ thuộc vào cơ

sở hạ tầng mạng là một yếu tố thiết yếu đối với lĩnh vực quân sự, nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạ tầng mạng bị phá hủy Lúc này mạng Adhoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thông liên lạc với nhau một cách nhanh chóng

Trường học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Adhoc trong trường học,

lớp học, thư viện, sân trường,… để kết nối các thiết bị di động (laptop, smartphone) lại

với nhau, giúp sinh viên, thầy cô giáo có thể trao đổi bài một cách nhanh chóng thông qua mạng adhoc vừa tạo

Gia đình: Tại nhà bạn có thể tạo nhanh mạng Adhoc để kết nối các thiết bị di

động của bạn với nhau, nhờ đó ta có thể di chuyển tự do mà vẫn đảm bảo kết nối truyền tải dữ liệu

Kết nối các thiết bị điện tử với nhau: Trong những năm tới khi mà các thiết bị

điện tử đều được gắn các giao tiếp không dây, giúp chúng có thể trao đổi giao tiếp với nhau thì mạng Adhoc sẽ rất phù hợp để tạo nên một hệ thống thông mình có khả năng liên kết với nhau

2.1.2 Các đặc điểm chính của mạng MANET

Mỗi node di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm về nguồn năng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau Chúng có thể di chuyển về mọi hướng theo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính của mạng MANET như sau:

 Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn biến đổi theo các mức độ di

chuyển của node mạng

 Khoảng cách sóng ngắn: Khoảng cách sóng của các thiết bị di động là rất hạn

chế

 Năng lượng hạn chế: Tất cả các thiết bị di động đều sử dụng pin nên khi tham

gia vào mạng MANET chúng bị hạn chế về năng lượng, khả năng xử lý của CPU, kích thước bộ nhớ

 Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so với

đường truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hưởng của sự nhiễu, suy giảm tín hiệu, các điều kiện giao thoa vì thế mà thường nhỏ hơn tốc độ truyền lớn nhất của sóng vô tuyến

 Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi trường

không khí, điều này khiến cho cơ chế bảo mật kém hơn so vơi môi trường truyền cáp vì nó tiềm ẩn nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đường truyền, giả mạo, DoS,…

2.2 Vấn đề định tuyến trong mạng MANET

2.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống

Các giao thức định tuyến truyền thống thường sử dụng hai giải thuật:

 Distance Vector: RIP , IGRP,

Nguyên tắc hoạt động: mỗi router sẻ gửi bảng định tuyến của mình cho tất cả các router được nối trực tiếp với nó Các router đó so sánh với bảng bảng định tuyến

mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường của mình với các tuyến đường mới nhận được, tuyến đường nào tối ưu hơn sẽ được đưa vào bảng định tuyến Các gói tin cập nhật sẽ được gửi theo định kỳ (30 giây với RIP ,90 giây đối với IGRP)

 Link state: OSPF, IS-IS

Nguyên tắc hoạt động: Các router không gửi bảng định tuyến của mình, mà chỉ gửi tình trạng của các đường liên kết trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (linkstate-database) của mình đi cho các router khác, các router sẽ áp dụng giải thuật SPF (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 kế mạng linh hoạt, phản ứng nhanh với tình huống xảy ra Do không gởi cập nhật định kỳ như Distance Vector, nên Link State bảo đảm được băng thông cho các đường mạng

 Tiêu tốn băng thông mạng cho các cập nhập định kỳ

 Làm quá tải bộ vi xử lý của thiết bị: khi các thông tin cập nhật, số node mạng tăng lên

 Tạo ra nhiều đường đi dư thừa

2.2.2 Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET

Các giao thức định tuyến trong mạng MANET cần đảm bảo:

 Thích ứng nhanh khi tô-pô mạng thay đổi: khi các node mạng di chuyển nhanh, yêu cầu kết nối tăng lên thì các giao thức hoạt động theo cơ chế tiếp cận tập trung sẽ giảm hiệu quả rõ rệt do phải tốn nhiều thời gian để thu thập thông tin

về trạng thái hiện tại và phát tán lại nó Trong khi đó cấu hình mạng có thể đã thay đổi khác đi rồi

 Đảm bảo hiệu quả trong môi trường truyền khi các node đứng yên Lúc này tô-pô mạng là cố định không thay đổi nên các giao thức định tuyến chỉ cần gửi các cập nhật khi có yêu cầu hoặc mạng thay đổi như việc một node nào đó tắt kết nối

 Không có lặp định tuyến: Cần ngăn chặn hiện tượng này, bởi vì khi đó các gói tin bị định tuyến sai, dẫn đến việc bị truyền quay vòng liên tục trong một số kết nối mạng, khiến cho băng thông mạng và các tài nguyên khác như năng lượng nguồn nuôi bị tiêu tốn vô ích

 Bảo mật: Việc định tuyến trong mạng MANET có nguy cơ bị tấn công dễ dàng

tin tiêu đề, điều hướng các thông điệp định tuyến Do đó khi thiết kế các giao thức định tuyến cần phải có phương pháp để phát hiện được và ngăn chặn các loại tấn công

2.2.3 Phân loại các kỹ thuật định tuyến

2.2.3.1 Link state và Distance Vector

Thuật toán định tuyến vector khoảng cách (distance-vector routing protocols)

Thuật toán này dùng thuật toán Bellman-Ford, trong đó chỉ định một con số, gọi là chi phí (hay trọng số), cho mỗi một liên kết giữa các node trong mạng Các node sẽ gửi thông tin về đường đi từ điểm A đến điểm B qua các đường truyền (kết nối) mang lại tổng chi phí thấp nhất (là tổng các chi phí của các kết nối giữa các node được dùng)

Thuật toán hoạt động với những hành động rất đơn giản Khi một node khởi động lần đầu, nó chỉ biết các node kề trực tiếp với nó, và chi phí trực tiếp để đi đến đó (thông tin này, danh sách của các đích, tổng chi phí đến từng đích và bước kế tiếp để gửi dữ liệu đến đó tạo nên bảng định tuyến, hay bảng khoảng cách) Mỗi node, trong một tiến trình, gửi đến từng “hàng xóm” tổng chi phí của nó để đi đến các đích mà nó biết Các node “hàng xóm” phân tích thông tin này, và so sánh với những thông tin mà chúng đang “biết”; bất kỳ điều gì cải thiện được những thông tin chúng đang có sẽ được đưa vào các bảng định tuyến của những “hàng xóm” này Đến khi kết thúc, tất cả node trên mạng sẽ tìm ra bước truyền kế tiếp tối ưu đến tất cả mọi đích, và tổng chi phí tốt nhất

Khi một trong các node gặp vấn đề, những node khác có sử dụng node hỏng này trong lộ trình của mình sẽ loại bỏ những lộ trình đó, và tạo nên thông tin mới của bảng định tuyến Sau đó chúng chuyển thông tin này đến tất cả node gần kề và lặp lại quá trình trên Cuối cùng, tất cả node trên mạng nhận được thông tin cập nhật, và sau đó sẽ tìm đường đi mới đến tất cả các đích mà chúng còn tới được

Thuật toán định tuyến trạng thái kết nối (Link-state routing protocols)

Khi áp dụng các thuật toán trạng thái kết nối, mỗi node sử dụng dữ liệu cơ sở của

nó như là một bản đồ của mạng với dạng một đồ thị Để làm điều này, mỗi node phát

đi tới toàn mạng những thông tin về các node khác mà nó có thể kết nối được, và từng node góp thông tin một cách độc lập vào bản đồ Sử dụng bản đồ này, mỗi node sau đó

sẽ xác định được tuyến đường tốt nhất từ nó đến mọi node khác

Thuật toán đã làm theo cách này là Dijkstra, bằng cách xây dựng cấu trúc dữ liệu khác, dạng cây, trong đó node hiện tại là gốc, và chứa mọi node khác trong mạng Bắt đầu với một cây ban đầu chỉ chứa chính nó Sau đó lần lượt từ tập các node chưa được thêm vào cây, nó sẽ thêm node có chi phí thấp nhất để đến một node đã có trên cây Tiếp tục quá trình đến khi mọi node đều được thêm vào cây

Cây này sau đó phục vụ để xây dựng bảng định tuyến, đưa ra bước truyền kế tiếp tốt ưu, … để từ một node đến bất kỳ node khác trên mạng

So sánh các thuật toán định tuyến

Các giao thức định tuyến theo thuật toán vector khoảng cách đơn giản và hiệu quả hơn trong các mạng nhỏ, đòi hỏi ít (nếu có) sự giám sát Tuy nhiên nhược điểm của nó là khả năng hội tụ chậm khi mạng lớn và thay đổi, điều này dẫn đến sự phát triển của các thuật toán trạng thái kết nối tuy phức tạp hơn nhưng tốt hơn để dùng trong các mạng lớn

Ưu điểm chính của định tuyến bằng trạng thái kết nối là phản ứng nhanh nhạy hơn, và trong một khoảng thời gian có hạn, đối với sự thay đổi kết nối Ngoài ra, những gói được gửi qua mạng trong định tuyến bằng trạng thái kết nối thì nhỏ hơn những gói dùng trong định tuyến bằng vector Định tuyến bằng vector đòi hỏi bảng định tuyến đầy đủ phải được truyền đi, trong khi định tuyến bằng trạng thái kết nối thì chỉ có thông tin về “hàng xóm” của node được truyền đi Vì vậy, các gói này dùng tài nguyên mạng ở mức không đáng kể Khuyết điểm chính của định tuyến bằng trạng thái kết nối là

nó đòi hỏi nhiều sự lưu trữ và tính toán để chạy hơn định tuyến bằng vector

2.2.3.2 Định tuyến chủ ứng và phản ứng

Các giao thức định tuyến trong mạng MANET được người ta phân chia thành các loại: định tuyến chủ ứng (proactive), định tuyến phản ứng (reactive) và định tuyến lai ghép giữa hai loại trên Các giao thức định tuyến chủ ứng sử dụng phương pháp phát tràn (Floading) để quảng bá thông tin tới các thiết bị Phương pháp này cho phép thời gian thiết lập đường nhanh dựa trên các tham số gửi tới thiết bị sẵn sàng cho kết nối Tuy nhiên, phương pháp này cũng làm lưu lượng các gói tin tìm đường tăng lên rất lớn, đây chính là nhược điểm của phương pháp này Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) và giao thức định tuyến vector

khoảng cách tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) là hai ví dụ của giao thức định tuyến chủ ứng

Các giao thức định tuyến phản ứng thiết lập tuyến dựa theo từng yêu cầu kết nối Phương pháp này hạn chế được chi phí tìm đường, nhưng nhược điểm cơ bản là gây trễ lớn cho các khung truyền dẫn đầu tiên cũng như thời gian chọn đường dẫn chậm Hai giao thức phản ứng điển hình là giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu AODV (On-demand Distance Vector Routing) và giao thức định tuyến định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing)

Một khi xảy ra lỗi tại node, các giao thức định tuyến thường khôi phục đường dẫn bằng phương pháp thiết lập tuyến mới Hầu hết các tiếp cận hiện nay đều sử dụng thông tin phản hồi tới thiết bị nguồn nhằm khởi tạo tuyến mới, vì vậy lưu lượng bản tin trao đổi là rất lớn và tăng lên rất nhanh khi kích thước mạng lớn, nhất là đối với các giao thức định tuyến chủ ứng Khi kích thước mạng tăng cũng đồng nghĩa với sự suy giảm hiệu năng mạng do hiện tượng trễ của thủ tục định tuyến và truyền khung đầu tiên tăng lên rất lớn nếu sử dụng giao thức định tuyến phản ứng

2.2.3.3 Định tuyến nguồn và định tuyến theo chặng

Với định tuyến nguồn, toàn bộ thông tin về đường đi tới đích được đặt trong trường tiêu đề của gói tin dữ liệu, các node trung gian chỉ việc chuyển tiếp gói tin theo đường trong tiêu đề Lợi điểm của giao thức này là loại bỏ được nhu cầu quảng bá đường định kỳ và các gói tin khám phá (discovery) hàng xóm

Trong định tuyến theo chặng, khi một node nhận được gói tin cần chuyển tới đích, node đó chuyển tiếp gói tin theo chặng tiếp theo hướng tới đích mà nó biết Node tiếp theo lại chuyển tiếp gói tin đến đích theo những chặng mà nó biết dựa vào bảng định tuyến của nó Quá trình trên sẽ dừng lại khi gói tin được chuyển tới đích Nhược điểm của phương pháp này là tất cả các node cần duy trì thông tin định tuyến nên phải

xử lý nhiều hơn và có khả năng tạo thành các vòng lặp định tuyến

2.3 Các giao thức định tuyến chính trong mạng MANET

Hình 2.1 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET

PROACTIVE

(Table-driven) HYBRID

REACTIVE (On Demand)

MANET ROUTING PROTOCOL

tự chẵn cho mỗi đường Số thứ tự được gắn bởi node đích, được gửi đi trong gói tin cập nhập Số thứ tự này cho thấy độ mới của mỗi đường, đường nào có số thứ tự cao hơn được xem là tốt hơn

Hình 2.2 Tô-pô mạng thay đổi

Số thứ tự này sẽ tăng lên một đơn vị khi một node phát hiện đường đi tới đích có liên kết bị hỏng khi nó không nhận được cập nhật định kỳ Khi ấy trong gói tin cập nhật kế tiếp nó gửi đi sẽ quảng bá đường tới đích này có số chặng bằng vô hạn (metric

~ ∞) và tăng thứ tự đường

Khi một node nhận được thông tin mới về một tuyến đường, tuyến này sẽ được chọn nếu nó có số thứ tự lớn hơn các số thứ tự khác của cùng tuyến đó trong bảng định tuyến Nếu nó có cùng số thứ tự thì nó sẽ được chọn nếu có số metric tốt hơn

Để làm giảm kích thước gói tin cập nhập, DSDV sử dụng hai loại thông điệp cập nhật là:

 Full dump: Cập nhật đầy đủ Thông điệp này bao gồm toàn bộ thông tin định tuyến mà node đó biết đến thời điểm đó

 Incremental dump: cập nhật bổ sung Gói thông điệp này chỉ bao gồm các thông tin về những thay đổi từ lần cập nhật đầy đủ gần nhất

Hai loại thông điệp cật nhật này được lưu vào hai bảng khác nhau, một bảng để chuyển tiếp các gói tin đầy đủ, một để phát các gói tin cập nhật Gói tin cập nhật đầy

đủ chỉ được phát thường xuyên khi các node thường xuyên di chuyển, khi mạng ít thay đổi, chủ yếu chỉ có gói tin cập nhật bổ sung được gửi đi

Hình 2.3 Quá trình khám phá tuyến trong AODV

Khi một node nguồn muốn gởi một bản tin đến một node đích nào đó và không biết rằng đã có một tuyến đúng đến đích đó, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá đường truyền Nó phát quảng bá một gói yêu cầu tuyến (RREQ) đến các node lân cận Các node lân cận này sau đó sẽ chuyển tiếp gói yêu cầu đến node lân cận khác của chúng Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi có một node trung gian nào đó xác định được một tuyến “đủ tươi” để đạt đến đích AODV sử dụng số thứ tự đích để đảm bảo rằng tất cả các tuyến không lặp và chứa hầu hết thông tin tuyến hiện tại Mỗi node duy trì số tuần tự của nó cùng với một ID quảng bá ID quảng bá được tăng lên mỗi khi node khởi đầu một RREQ, và cùng với địa chỉ IP của node, xác định duy nhất một RREQ Cùng với số tuần tự và ID quảng bá, node nguồn bao gồm trong RREQ hầu hết

số tuần tự hiện tại của đích mà nó có Các node trung gian có thể trả lời RREQ chỉ khi

nào chúng có một tuyến đến đích mà số tuần tự đích tương ứng lớn hơn hoặc bằng số tuần tự chứa trong RREQ

Trong suốt quá trình chuyển tiếp RREQ, các node trung gian ghi vào Bảng định tuyến của chúng địa chỉ của các node lân cận từ khi nhận được bản sao đầu tiên của gói quảng bá, theo đó thiết lập được một đường dẫn theo thời gian Nếu các bản sao của cùng một RREQ được nhận sau đó, các gói này sẽ bị huỷ bỏ Một khi RREQ đã đạt đến đích hay một node trung gian với tuyến “đủ tươi”, node đích (hoặc node trung gian) đáp ứng lại bằng cách phát đơn phương một gói đáp ứng tuyến (RREP) ngược về node lân cận mà từ đó nó thu được RREQ Khi RREP được định tuyến ngược theo đường dẫn, các node trên đường dẫn đó thiết lập các thực thể tuyến chuyển tiếp trong Bảng định tuyến của chỉ node mà nó nhận được RREP Các thực thể tuyến chuyển tiếp này chỉ thị tuyến chuyển tiếp tích cực Cùng với mỗi thực thể tuyến là một bộ định thời tuyến có nhiệm vụ xoá các thực thể nếu nó không được sử dụng trong một thời hạn xác định Do một RREP chuyển tiếp trên đường dẫn được thiết lập bởi một RREQ nên AODV chỉ hỗ trợ việc sử dụng đường truyền đối xứng

Trong AODV, các tuyến đươc duy trì điều kiện như sau: Nếu một node nguồn chuyển động, nó phải khởi động lại giao thức khám phá tuyến để tìm ra một tuyến mới đến đích Nếu một node trên tuyến chuyển động, node lân cận luồng lên của nó chú ý đến chuyển động đó và truyền một bản tin “Khai báo sự cố đường thông” (một RREP không xác định) đến mỗi node lân cận tích cực luồng lên để thông báo cho các node này xoá phần tuyến đó Các node này thực chất truyền một “Thông báo sự cố đường thông” đến các node lân cận luồng lên Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi đạt đến node nguồn Node nguồn sau đó có thể chọn khởi động lại một quá trình khám phá tuyến cho đích đó nếu một tuyến vẫn cần thiết

Ngoài ra, giao thức này sử dụng bản tin HELLO được phát quảng bá định kỳ bởi một node để thông báo cho tất cả các node khác về những node lân cận của nó Các bản tin HELLO có thể được sử dụng để duy trì khả năng kết nối cục bộ của một node Tuy nhiên, việc sử dụng bản tin HELLO là không cần thiết Các node lắng nghe việc truyền lại gói dữ liệu để đảm bảo rằng vẫn đạt đến chặng kế tiếp Nếu không nghe được việc truyền lại như thế, node có thể sử dụng một trong số các kỹ thuật, kể cả việc

tiếp nhận bản tin HELLO Các bản tin HELLO có thể liệt kê các node khác mà từ đó node di động đã nghe tin báo, do đó tạo ra khả năng liên kết lớn hơn cho mạng

- Phiên bản thứ nhất của NS được phát triển vào năm 1995 và phiên bản thứ hai

ra đời năm 1996 NS-2 là phần mềm mã nguồn mở có thể chạy được trong môi trường Linux và Window

2.4.2 Kiến trúc của NS2

- NS thực thi các giao thức mạng như giao thức điều khiển truyền tải (TCP) và giao thức gói thường dùng (UDP), các dịch vụ nguồn lưu lượng như giao thức truyền tập tin (FTP), tốc độ bit cố định (CBR) và tốc độ bit thay đổi (VBR)

- Các kỹ thuật quản lý hàng đợi như vào trước ra trước (Drop Tail), dò sớm ngẫu nhiên (RED) và CBQ, các thuật toán định tuyến như Dijkstra… NS cũng thực thi multicasting và vài giao thức lớp Điều khiển truy cập đường truyền (MAC) đối với mô phỏng LAN

Hình 2.4 Mô hình đơn giản của NS

+ Otcl Script Kịch bản OTcl

+ Simulation Program Chương trình Mô phỏng

+ OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng + NS Simulation Library Thư viện mô phỏng NS

+ Event Scheduler Objects Các đối tượng Bộ lập lịch sự kiện

+ Network Component Objects Các đối tượng Thành phần mạng

+ Network Setup Helping Modules Các modun Trợ giúp Thiết lập mạng + Plumbling Modules Các modun Plumbling

+ Simulation Results Các kết quả Mô phỏng

+ Các modun trợ giúp thiết lập mạng (modun Plumbing)

- Để sử dụng NS-2, user lập trình bằng ngôn ngữ kịch bản OTcl User có thể thêm các mã nguồn Otcl vào NS-2 bằng cách viết các lớp đối tượng mới trong Otcl Những lớp này khi đó sẽ được biên dịch cùng với mã nguồn gốc

- Kịch bản OTcl có thể thực hiện những việc sau:

+ Khởi tạo Bộ lập lịch sự kiện

+ Thiết lập Mô hình mạng dùng các đối tượng Thành phần mạng

+ Báo cho nguồn traffic khi nào bắt đầu truyền và ngưng truyền packet trong

Bộ lập lịch sự kiện

- Bộ lập lịch sự kiện trong NS2 thực hiện những việc sau:

+ Tổ chức bộ định thời mô phỏng

+ Huỷ các sự kiện trong hàng đợi sự kiện

+ Triệu gọi các Thành phần mạng trong mô phỏng

- Phụ thuộc vào mục đích của User đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết quả

mô phỏng có thể được lưu trữ như file trace

+ File name trace ( file.nam) được dùng cho công cụ Minh hoạ mạng Nam

+ File Trace (file.tr) được dùng cho công cụ Lần vết và Giám sát Mô phỏng XGRAPH hay TRACEGRAPH

Hình 2.5 Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong Nam

- Trong mô phỏng mạng dùng NS2 sử dụng:

+ NAM Visual Simulation: Mô phỏng ảo NAM

+ Tracing and Monitoring Simulation: Mô phỏng lần vết và Giám sát

+ NS sử dụng hai ngôn ngữ lập trình: Ngôn ngữ kịch bản OTcl và ngôn ngữ lập trình hệ thống C++

+ NS là tầng biên dịch Tcl để chạy các kịch bản Tcl

+ Bằng cách sử dụng C++/OTcl, bộ mô phỏng mạng phải hoàn toàn là hướng đối tượng

Hình 2.7 TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B

- TclCL là ngôn ngữ được sử dụng để cung cấp liên kết giữa C++ và OTcl Các kịch bản Tcl/OTcl được viết để thiết lập và cấu hình topology của mạng TclCL cung cấp liên kết giữa phân cấp lớp, khởi tạo đối tượng, nối kết biến và gửi lệnh

- NS phải sử dụng đến 2 ngôn ngữ vì bộ mô phỏng cần thực hiện hai việc khác nhau: + Việc 1: Các mô phỏng cho các giao thức yêu cầu một ngôn ngữ lập trình hệ thống có thể tính toán hiệu quả các byte, các tiêu đề packet và các thuật toán thực thi đang chạy trên một tập dữ liệu lớn Với tác vụ này, run-time speed (tốc độ thời gian chạy thực) là quan trọng trong khi turn – around time ( thời gian thay đổi) thì ít quan trọng hơn Turn- around time bao gồm thời gian chạy mô phỏng, thời gian tìm lỗi, thời gian sửa lỗi, thời gian biên dịch lại và thời gian chạy lại

+ Việc 2: Khi nghiên cứu mạng thì rất cần quan tâm đến các tham số và cấu hình

có thay đổi nhưng không đáng kể, hay quan tâm đến các scenario ( tình huống) cần khám phá thật nhanh chóng Trong tác vụ này thì iteration time ( thời gian lặp lại, tức

là thời gian thay đổi mô hình và chạy lại) là quan trọng hơn Vì cấu hình chỉ chạy một lần lúc bắt đầu mô phỏng nên run-time trong tác vụ này rõ ràng kém quan trọng hơn

- Vì thế mà dùng C++ để:

+ Mô phỏng giao thức chi tiết theo yêu cầu ngôn ngữ lập trình hệ thống

+ Thao tác trên byte, xử lý gói, thực thi thuật toán

+ Tốc độ thời gian thực là quan trọng nhất

+ Thực hiện bất kỳ việc gì mà cần phải xử lý từng packet của một luồng

+ Thay đổi hành vi của lớp C++ đang tồn tại theo những hướng đã không được lường trước

- NS-2 thực thi những tính năng sau:

+ Các kỹ thuật quản lý hàng đợi Router như DropTail, RED, CBQ

+ Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại

+ Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng

+ Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể thực thi được trong thực tế

+ Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau

CHƯƠNG III: CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ DI

ĐỘNG CỦA NODE MẠNG TRONG MẠNG MANET

3.1 Đặt vấn đề

Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của việc di chuyển các node mạng trên thực tế, cần phải xác định được các tiêu chí cụ thể hoặc các thông số đánh giá đã được chưng minh từ trước

Hình 3.1 Các điện thoại liên lạc đóng vai trò là các node mạng trong mạng

MANET

Lấy ví dụ đơn cử như hình 3.1 bên trên, có 9 node mạng đồng thời đang trao đổi liên lạc với nhau (có thể là truyền sóng, gửi nhận giữ liệu, trao đổi thông tin, ) trong một phạm vi kích thước giới hạn (trong một thành phố chẳng hạn) Hỏi rằng khi mà các node mạng di chuyển (nhanh, chậm, trung bình) thì có ảnh hưởng tới quá trình truyền thông hay không (có bị mất liên lạc hay không, có bị mất gói tin không, ) Do

đó đề tài sẽ khảo sát và đánh giá các yêu cầu đó

3.2 Các thông số đánh giá hiệu năng

Có nhiều tham số khác nhau để đánh giá hiệu năng của các giao thức định tuyến Chúng ta thường sử dụng ba tham số để so sánh: hiệu suất mạng tổng thể khi dùng hai

giao thức định tuyến khác nhau Các thông số này là độ trễ, mất mát gói tin và thông lượng Những thông số này rất quan trọng trong việc xem xét đánh giá của các giao thức định tuyến trong một mạng Các giao thức này cần được kiểm tra với các thông số nhất định cho hoạt động của nó Để kiểm tra hiệu quả giao thức trong việc tìm kiếm một tuyến đường đến đích, chúng ta sẽ xem xét đến nguồn đó để kiểm soát các gói tin gửi đi Nếu các giao thức định tuyến có độ trễ cao thì giao thức đó không hiệu quả khi so sánh với các giao thức có độ trễ thấp hơn Giao thức nào bị mất gói tin nhiều sẽ không hiệu quả bằng giao thức mất ít gói tin Thông lượng là lượng thông tin thực tế truyền qua một liên kết trong một đơn vị thời gian Nếu giao thức nào có thông lượng cao thì sẽ hiệu quả hơn so với giao thức có thông lượng thấp Những thông số này có ảnh hưởng rất lớn trong việc lựa chọn giao thức định tuyến cho một mạng cụ thể

Delay[A]= Thời gian nhận[A] – Thời gian gửi [A]

Throughput

Thông lượng là lượng thông tin hữu ích được truyền đi trên mạng trong một đơn vị thời gian và nó là tham số để đánh giá mạng nhanh hay chậm Đơn vị của thông lượng là byte hoặc bit trên giây(byte/s hoặc bit/s) Một số thông số ảnh hưởng đến thông lượng là sự thay đổi về liên kết mạng, truyền thông không tin cậy giữa các node, hạn chế về băng thông Một thông lượng cao là sự lựa chọn tuyệt vời cho mạng Cách tính thông lượng có thể được biểu diễn một cách toán học như sau:

Number of delivered packet * packet size*8 Throughput = Total duration of simulation

+ Number of delivered packet: Tổng số gói tin mà bên nhận nhận được từ bên gửi + Packet size: Kích thước gói tin(byte)

+ Total duration of simulation: Khoảng thời gian từ lúc bên nhận nhận gói tin đầu tiên và gói tin cuối cùng

Tỷ lệ phân phát gói tin thành công

Là tỷ lệ giữa số các gói tin được phân phát thành công tới đích so với số các gói tin tạo ra bơi nguồn phát

Công thức tính hiệu suất

Tổng số gói tin các node nguồn đã gửi (src_sent)

Tổng số gói tin các node đích nhận được (dst_receive)

Hiệu suất= dst_receive*100/src_sent

3.3 Thiết lập mô hình chuyển động của các node mạng và thời gian mô phỏng

Trong mô phỏng mạng Ad-hoc các mô hình di chuyển đóng một vai trò rất quan trọng Nó thể hiện chính xác các ngữ cảnh có thể của mạng và góp phần quyết định tính đúng đắn của việc đánh giá hiệu suất của các giao thức định tuyến trước khi mang

ra triển khai thực tế Trên thực tế có hai loại mô hình di chuyển được sử dụng cho mạng không dây là mô hình vết (trace-based model) và mô hình tổng hợp (synthetic model) Mô hình vết cung cấp cho ta thông tin chính xác, đặc biệt là khi nó có liên quan tới nhiều bên tham gia va có thời gian đủ dài Tuy nhiên, mô hình tổng hợp là phù hợp hơn đối với mạng di động ngày nay Mô hình tổng hợp cố gắng thể hiện hành

vi của các node di động bằng cách thống kê Mỗi node sẽ được gán một giải thuật nhằm ngẫu nhiên hóa quá trình di chuyển Hai mô hình tiêu biểu mô phỏng các mạng Ad-hoc là: Random Waypoint và Random Walk

3.3.1 Mô hình Random Waypoint

Mô hình Random Waypoint được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng các giao thức định tuyến thiết kế cho các mạng AD HOC đặc biệt, nó được định nghĩa như sau Đầu tiên node có một ví trí ngẫu nhiên trong khu vực mô phỏng và ở tại đó một khoảng thời gian gọi là thời gian tạm dừng Khi quãng thời gian này hết hạn, node chọn ngẫu nhiên một đích trong khu vực mô phỏng và một tốc độ được phân bố đồng đều giữa [Speedmin, Speedmax] Sau đó, node di chuyển tới vị trí mới với tốc độ đã chọn Khi tới vị trí mới, node dừng một khoảng thời gian được chọn theo phân bố đồng đều giữa [Pmin, Pmax], và sau đó tiếp tục lại quá trình

Trực quan hoá di chuyển của một node theo mô hình Random Waypoint bởi

Gnuplot trong hình 3.3.1 bên dưới

Hình 3.2 Di chuyển của một node theo mô hình Random Waypoint

Các tham số mô phỏng cho Random Waypoint được cho trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Các tham số của mô hình Random Waypoint

Mô hình Random Waypoint được dùng rộng rãi trong các nghiên cứu về mạng

AD HOC, do nó rất linh động trong việc tạo ra khuôn dạng di chuyển thực tế theo cách mọi người chuyển động trong các hội thảo, hội nghị Trong NS2, mô hình Random Waypoint được tạo bởi công cụ setdest Cấu trúc câu lệnh của setdest tạo tệp ngữ cảnh (scenario file) như sau:

Tạo tệp di chuyển kiểu cũ:

./setdest -v <1> -n < nodes> -p <pause_time> -M <max_speed>

-t

<simulation_time> -x <max X> -y <max Y>

Tạo tệp di chuyển kiểu mới:

./setdest v <2> n < nodes> s <speed_type> m <min_speed> M <max_speed>

-t

<simulation_time> -P <pause_type> -p <pause_time> -x <max X> -y <max Y> Trong đó: -v: version; -n: số tham gia mô phỏng node; -P: kiểu thời gian tạm dừng; -p: thời gian tạm dừng; -m: vận tốc di chuyển node nhỏ nhất; -M: vận tốc di chuyển node tối đa; -t: thời gian mô phỏng; -x: chiều X vùng mô phỏng; -y: chiều Y

vùng mô phỏng

3.3.2 Mô hình Random Walk

Mô hình Random Walk mô phỏng chuyển động ngẫu nhiên của các thực thể trong tự nhiên Node di động di chuyển từ vị trí hiện tại tới vị trí mới bằng việc chọn ngẫu nhiên hướng [0, 1800], tốc độ [Speedmin, Speedmax] Mỗi chuyển động diễn ra

trong khoảng thời gian Travel_time hoặc khoảng cách hằng số, không có khoảng thời

gian tạm dừng trước khi node thay đổi hướng và tốc độ Trực quan hoá di chuyển của

một node theo mô hình Random Walk bởi Gnuplot trong hình 3.3.2

Hình 3.3 Di chuyển theo mô hình Random Walk Các tham số mô phỏng cho Random Walk được cho trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Các tham số của mô hình Random Walk

Speedmin Tốc độ thấp nhất Speedmax Tốc độ cao nhất

Trong luận văn này, em sử dụng chương trình Palm Calculus để tạo tệp ngữ cảnh theo mô hình Random Walk Cấu trúc câu lệnh của Palm Calculus tạo khuôn dạng di chuyển như sau:

./rwall 3 <number of nodes> <max -x> <max -y> <end time> <speed

mean>

<speed delta> <pause time> <pause time delta>

Trong đó: number of nodes: số node tham gia mô phỏng; max -x: chiều X vùng mô phỏng; max -y: chiều Y vùng mô phỏng; end time: thời gian mô phỏng; speed mean: vận tốc node; speed delta: vận tốc delta; pause time: thời gian tạm dừng; pause time delta: thời gian tạm dừng delta

3.3.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng

Em lựa chọn nhiều cặp truyền thông (sender, receiver) truyền phát dữ liệu Chúng được sắp xếp phân bố hợp lý trên khu vực mô phỏng sao cho đảm bảo có đủ các chặng truyền phát với độ dài khác nhau, từ các cặp truyền thông nằm gần nhau nhất tới các cặp truyền thông nằm xa nhau nhất có thể trong khu vực mô phỏng , các node mạng còn lại tham gia vào quá trình định tuyến với vai trò là node trung gian chuyển tiếp gói tin

Giao thức TCP được chúng em lựa chọn để đưa vào mô phỏng bởi trong các ứng dụng trên thực tế hầu hết đều hoạt động dựa trên giao thức này Các nguồn phát sinh

NS-2 hỗ trợ một số công cụ để tạo ra các file ngữ cảnh một cách tự động và ngẫu nhiên Các công cụ này nằm trong thư mục: …/ns-2/indep-utils/cmu-scen-gen/, với các tính năng sau:

• setdest: Là công cụ viết trên nền C++, giúp cho người nghiên cứu tạo ra các

kịch bản bao gồm vị trí ban đầu của node di động và sự di chuyển của chúng Trong công cụ này, chúng ta coi tọa độ z của các node đều bằng 0 và các node di chuyển trên cùng một mặt phẳng Thực hiện setdest bằng cách gõ lệnh như sau:

./setdest -n <num of nodes> -p <pausetime> -s <maxspeed> -t <simtime> -x

<maxx> -y <maxy> > <outdir>/<scenario-file>

• cbrgen.tcl: Là công cụ viết bằng ngôn ngữ tcl, sử dụng thông qua bộ thông

dịch ns-2, giúp người nghiên cứu có thể tạo ra các kịch bản truyền thông trên nền giao thức giao vận TCP Câu lệnh:

ns cbrgen.tcl [-type cbr|tcp] [-nn nodes] [-seed seed] [-mc connections]

[-rate rate] > <outdir>/<scenario-file>

Sử dụng các công cụ này giúp người nghiên cứu tạo ra các kịch bản truyền thông cũng như di chuyển của mạng với số lượng các node di động là tương đối lớn Tuy nhiên việc tạo ra các kịch bản này là ngẫu nhiên, có thể không theo ý muốn của người nghiên cứu, nên trong nhiều trường hợp người nghiên cứu phải tự viết ra các kịch bản truyền thông có ý nghĩa mô phỏng điển hình

3.3.4 Lựa chọn thời gian mô phỏng

Quá trình mô phỏng diễn ra trong thời gian t = 600s = 10 phút Đây là khoảng thời gian vừa đủ để chúng ta nghiên cứu các sự kiện xảy ra trong mạng Thật vậy do các node mạng di chuyển với vận tốc từ [0m/s – 20m/s] nên ta giả sử node di chuyển với tốc độ gần như là thấp nhất ứng với người đi bộ là 1m/s thì quãng đường đi được sau 600s cũng lên tới 600m

S = v.t = 1 x 600 = 600m

Với thời gian như vậy đủ để node chậm nhất di chuyển ra ngoài vùng thu phát sóng của node khác (radio range = 250m) và làm cho tô-pô mạng thay đổi Quá trình

đó cũng thể hiện rõ các tính chất đặc trưng của các mô hình chuyển động khác nhau:

 Random Waypoint: Mô hình này tuy các node có thêm các khoảng thời gian