ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET.

Vấn đề nổitrội của kết nối mạng di động với sự nhấn mạnh về hoạt động của giao thức IP di động sẽ được mở rộng dần và yêu cầu công nghệ kết nối di động có khả năng tương thích cao để có

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 1

1.1 Giới về mạng MANET và lịch sử phát triển 1

1.1.1 Khái niện cơ bản 4

1.1.2 Lịch sử phát triển 5

1.2 Đặc điểm mạng MANET 7

1.3 Kiểu kết nối 8

1.3.1 Các kiểu kết nối topo mạng 9

1.3.1.1 Mạng máy chủ di động 9

1.3.1.2 Mạng có các thiết bị di động không đồng nhất 10

1.4 ỨNG dụng phổ biến của MANET 12

1.5 Những khó khăn đối với mạng MANET 15

1.5.1 Giao diện bán quảng bá SBI 15

1.5.2 Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân cận mở rộng của các router 15

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC MẠNG MANET 16

2.1 Các thành phần một mạng MANET 17

2.2.Các chế độ hoạt động của mạng MANET 17

2.2.1 Chế độ cơ sở hạ tầng 18

2.2.2.Chế độ IEEE Ad-hoc 19

2.3 Bản chất hoạt động của mạng MANET 22

2.3.1 Các mạng gói vô tuyến 22

2.3.2 Mạng gói vô tuyến và mạng Internet 23

2.3.3 Mạng gói vô tuyến và MANET 25

CHƯƠNG 3 CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN 27

3.1.Các kỹ thuật định tuyến 28

3.1.1 Định tuyến Bellman-Ford 30

3.1.2.Định tuyến tìm đường 30

3.1.3.Định tuyến 30

3.1.4.Định tuyến vùng 30

3.2 Phân loại các giao thức định tuyến 35

3.2.1.GIAO THỨC DSDV 35

3.2.1.1 Đặt điểm trong DSDV 59

3.2.1.2 Các cơ chế trong DSDV 36

3.2.1.3 Giao thức định tuyến theo yêu cầu 37

3.2.1.4 Mở rộng phạm vi hoạt động cơ sơ trung tâm 38

3.2.2.GIAO THỨC AODV 39

3.2.2.1.Tổng quan về giao thức AODV 40

3.2.2.2.Cơ chế hoạt động 40

3.2.2.2.1.Tiến trình Discovery 40

3.2.2.2.2 Tạo Router Request 44

3.2.2.2.3.Chuyển tiếp Router Request 47

3.2.2.2.4.Tạo Router Relay 49

3.2.2.2.5.Chuyển tiếp Route Relay 51

3.2.2.3 Quản lý kết nối cục bộ 53

3.2.2.4 Duy trì đường đi 53

3.2.2.5.Thời gian hết hạn và việc hủy bỏ một đường đi 56

CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG NS-2 58

4.1.GIỚI THIỆU VỀ NS-2 59 4.2.C++ và OTcL Error: Reference source not found 4.3.Các đặc tính của NS-2 4.4 4.5

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

Lời Cam Đoan

- Sinh viên Trần Quốc Nam

Sinh viên thực hiện

Trương Thanh Nguyên Trần Quốc Nam

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của các thiết bị di động cá nhân như: Laptop, smartphone, tablet, , thì nhu cầu kết nối giữa các thiết bị này cũng ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ và khả năng kết nối Mạng di động đặc biệt – MANET ( Mobile Ad – hoc Network) là một trong những công nghệ vượt trội đáp ứng nhu cầu kết nối đó nhờ khả năng hoạt động hoạt động không phị thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh chóng và có tính di động cao

Tuy nhiên, hiện nay mạng MANET vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi và đang được thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để mạng đạt hiệu quảhoặt động tốt hơn Đề tài đánh giá tỷ lệ mất gói giữa 2 giao thức định tuyến AODV và DSDV trong mạng MANET Bằng những kiểm chứng thông qua mô phỏng, đồ án tốt nghiệp của chúng em đưa các nhận xét, đánh giá về khả năng truyền tin giữa 2 giao thức định tuyến AODV và DSDV khi các nút mạng chuyển động với tốc độ và hướng đi thay đổi

Chương 1: Sẽ đi tìm hiểu về mạng MANET, lịch sử phát triển và hình thành mạng, đặc điểm của mạng, các kiểu kết nối, ứng dụng của mạng MANET

Chương 2: Chúng em sẽ nghiên cứu kĩ hơn về mạng MANET: Cấu trúc mạng

MANET, các thành phần trong mạng, bản chất hoạt động của mạng MANET

Chương 3: Các kỹ thuật định tuyến trong mạng MANET: Phân loại các giao thức định tuyến, ở đây chúng em sẽ đi sâu vào 2 giao thức định tuyến AODV và DSDV, cách thức cập nhật bảng định tuyến của 2 giao thức và cơ chế hoạt động của 2 giao thức AODV

và DSDV

Chương 4: Giới thiệu về phần mềm mô phỏng mạng NS – 2, áp dụng ngôn ngữ lập trình C++, OtcL vào phần mềm lập trình NS – 2, giới thiệu về các đặc tính của phần mềm này

Chương 5: Thực hiện mô phỏng tỷ lệ mất gói của 2 giao thức định tuyến AODV và DSDV

Đồ án được thực hiện bởi 2 sinh viên:

Sinh viên Trần Quốc Nam nghiên cứu và thực hiện các công việc liên quan đến mạng MANET, các kỹ thuật định tuyến trong mạng MANET, đánh ưu nhược điểm của các giao thức trong mạng MANET

Sinh viên Trương Thanh Nguyên thực hiện chương 4 và chương 5 bao gồm tìm hiểu

vể công cụ mô phỏng mạng bằng phần mềm mô phỏng NS – 2, thực hiện mô phỏng đánh giá tỉ lệ mất gói của 2 giao thức AODV và DSDV trong mạng MANET

Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo đã tận tình chỉ bảo chúng em trong những năm học vừa qua, đặc biệt là thầy Phạm Xuân Trung, xin cảm

ơn thầy sâu sắc vì đã luôn bên cạnh chúng em, giúp đỡ chúng em nhiệt tình trước khó khăn thách thức của đề tài, để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Mặc dù chúng em đã cố hết sức, tuy nhiên do hạn chế về kiến thức nên không thể tránh khỏi sai xót, xin thầy cô thông cảm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 1.1 giới thiệu về mạng MANET và lịch sử phát triển

1.1.1 Khái niệm cơ bản

- Các thiết bị di động như các máy tinh xách tay,với đặt trưng là công suất CPU ,bộ nhớ lớn dung lượng lớn,dung lượng hàng trăm gigabyte khả năng âm thanh đa phương tiện và màn hình màu đã trở nên phổ biến trong đời sống hàng ngày và trong công việc Đồng thời ,các kết nối mạng để sử dụng các thiết bị di động gia tăng đáng kể,bao gồm việc hỗ trợ các sản phẩm mạng vô tuyến hoặc hồng ngoại ngày càng nhiều.Với kiểu thiết

bị điện toán di động này thì giữa những người sử dụng di động luôn mong muốn có sự chia sẽ thông tin

- Với hàng loạt các ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, các mạng di độngkhông dây đã được phát triển rất mạnh trong thời gian gần đây Mạng di động không dây

có thể chia thành hai kiểu mạng: mạng hạ tầng và mạng không hạ tầng.Trong mạng hạ tầng, truyền thông giữa các phần tử mạng phụ thuộc vào sự hỗ trợ của hạ tầng mạng, các thiết bị đầu cuối di động truyền thông đơn bước không dây qua các điểm truy nhập (các trạm cơ sở) để tới hạ tầng mạng cố định Kiểu mạng không phụ thuộc hạ tầng còn được gọi chung là các mạng tùy biến di động MANET (mobile adhoc network) là một tập hợp của những node mạng không dây, những node này có thể được thiết lập tại bất kỳ thời điểm và tại bất cứ nơi nào

-Mạng di động đặc biệt (Mobile Adhoc Netwowk) là mạng tự cấu hình của các nút 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

1.1.2 Lịch sử phát triển

-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 nút hợp tác với nhau để gửi

dữ liệu tới một nút nằm ở xa khu vực kết nối thông qua một nút khác Nó cung cấp cơ chếcho 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 thuậnlợi 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

1.2 Đặt điểm mạng MANET:

- Mỗi nút 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 theocác 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

nút 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,…

1.3 Kiểu kết nối:

1.3.1.Các kiểu kết nối topo mạng

1.3.1 1 Mạng máy chủ di động

- Ở topo này các thiết bị chỉ lien kết với một máy chủ duy nhất.Các thiết bị khác

lien kết qua máy chủ đó như hình vẻ

1.4 Ứng dụng phổ biến của MANET:

- Công nghệ mạng adhoc di động tương tự như mạng vô tuyến gói di động (Mobile

Packet Radio Networking), mạng lưới di động (Mobile Mesh Networking) và kết nối mạng vô tuyến, nhiều chặng, di động (Mobile, Multihop, Wireless etworking) Vấn đề nổitrội của kết nối mạng di động với sự nhấn mạnh về hoạt động của giao thức IP di động sẽ được mở rộng dần và yêu cầu công nghệ kết nối di động có khả năng tương thích cao để

có thể quản lý hiệu quả các nhóm mạng ad hoc nhiều chặng, trong đó các nhóm mạng có thể hoạt động độc lập hoặc cũng có thể kêt nối với một số điểm Internet cố định Các ứng

dụng của công nghệ MANET có thể bao gồm các ứng dụng công nghiệp và thương mại liên quan đến trao đổi dữ liệu di động có tính chất cộng tác lẫn các máy Ngoài ra, các mạng di động cấu hình lưới có thể được vận hành một cách hiệu quả dưới dạng mạng thaythế hoặc mạng mở rộng của mạng di động tổ ong Việc kết nối mạng trong quân đội cũng yêu cầu các dịch vụ dữ liệu IP trong các mạng truyền thông di động vô tuyến, nhiều mạngtrong số này bao gồm các phần với cấu hình mạng tự trị với tính động cao Bên cạnh đó,

sự phát triển của các công nghệ tính toán và truyền thông có thể cung cấp các ứng dụng cho các mạng MANET Khi được kết hợp một cách hợp lý với truyền thông vệ tinh, mạngMANET có thể cung cấp các phương thức cực kỳ linh hoạt trong việc thiết lập truyền thông cho hoạt động cứu hỏa, cứu thương, khắc phục sự cố tai nạn hoặc các trường hợp cần triển khai mạng thật nhanh chóng để phục vụ tức thì

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

1.5 Những khó khăn đối với mạng MANET:

- Các đặc điểm của mạng MANET dẫn đến nhiều thử thách dưới nhiều hình thức do vậy cần phải có giao thức hoạt động riêng cho mạng MANET

1.5.1 Giao diện bán quảng bá SBI :

- Với một giao diện SBI có khả năng tiếp cận không đối xứng thay đổi theo thời gian

và các router MANET phân bố rời rạc trong không gian, mỗi router có thể có tầm nhìn khác nhau đối với mạng MANET Nghĩa là mỗi nốt có thể nhìn thấy nhóm các router MANET lân cận khác nhau

-Nhóm các router MANET lân cận do mỗi router MANET nhận thấy trong khu vực xung quanh thuờng yêu cầu các router MANET khác gửi các gói từ cùng giao diện vô tuyến mà các router này nhận các gói tin Về mặt cấu hình mạng, việc chuyển tiếp các gói tin qua cùng một giao diện sẽ dẫn đến việc một gói tin sẽ được gửi đến nhiều router do đuợc truyền qua phuơng tiện truyền thông vô tuyến tại một vị trí mới Một ví dụ đuợc chỉ

ra trong hình 4, mỗi router có thể giao tiếp với một nhóm router khác nhau Việc chuyển tiếp các gói tin qua cùng giao diện mà các router nhận các gói tin tới cũng dẫn dến nhân đôi số lượng gói tin IP mà các router nhận đuợc với nhiều hơn một router lân cận trong khi đang chuyển sang tiếp cận nhóm các router lân cận mới Do vậy, việc phát hiện gói tinđuợc nhân đôi cũng là một phần luôn có trong vấn đề thiết kế giao thức MANET

Hình 1.5 – Các Route lân cận giao diện SBI

1.5.2 Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân cận mở rộng của các router :

- Việc xác định quá trình quyết định sự có mặt của các router bên cạnh, sự tiếp tục có mặt và kết thúc có mặt là một thử thách lớn đối với mạng MANET Mối liên hệ giữa các router cạnh nhau rất khó xác định do các đặc điểm của giao diện MANET.Hai nốt bất kì

có thể là nốt lân cận hoặc không phải nốt lân cận và một số cơ chế đơn giản đuợc sử dụng

để xác định mối quan hệ nốt lân cận như: chỉ nhận gói đơn, tỉ lệ mất gói chấp nhận được,

và bắt tay đơn giản RFC2461 thực hiện trao đổi bản tin ban đầu để xác định mối quan hệ lân cận hoặc sự vắng mặt Trong mạng với giao diện MANET các loại mối quan hệ nốt lân cận cũng như các cơ chế phát hiện và duy trì trạng thái của các mối liên hệ sẽ mở rộnghơn.Các giao diện mạng vô tuyến có thể thực hiện truyền thông đơn hướng Các mạng vô tuyến động cũng có thể thực hiện phân phối các gói thay đổi lớn theo thời gian giữa các cặp giao diện mạng, do vậy tỉ lệ mất gói có thể không đủ để xác định mối quan hệ nốt lân cận Tương tự như vậy, khi các nốt di chuyển tương đối với nhau, tỉ lệ mất gói cũ có thể không ảnh hưởng đến khả năng truyền thông trong tương lai Trong mạng MANET với giao diện SBI, các router MANET trong cùng một vùng không gian nhỏ thường được kết nối với các router ở gần với mật độ dày đặc Các router này tạo thành một tập các mối quan hệ nốt lân cận mở rộng

- Tập các router này được gọi là một quần thể MANET (MANET neighborhood) Một quần thể MANET thường bao gồm một vài router MANET, với mỗi router lại được kết nối dày đặc với các router khác Các mối quan hệ quần thể động này không thích hợp với các giao thức Internet được thiết kế cho các mạng cố định như mô hình mạng

Ethernet.Với mối quan hệ quần thể mờ nhạt như vậy giữa các router MANET, mô hình địa chỉ liên kết với một Ethernet link là không hợp lý

Ví dụ, trong một mạng Ethernet, các nốt thường được thông báo dải các địa chỉ đang sử dụng trên liên kết (“on-link”) Trong mạng MANET thì các router MANET không thể chắc chắn được nhóm router MANET nào đó sẽ luôn có thể kết nối tới được Thay vào đó, các router MANET phải dò tìm và xác định ra các router lân cận của nó và sau đó xử lý đối với sự thay đổi trong số cácrouter lân cận này theo thời gian

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC MẠNG MANET

Ad học như những bộ định tuyến không dây.Mạng ad học có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối với mạng.Mạng vô tuyến ad hoc la mạng tập hợp các nút di động hoặc bán di động và không có cơ sơ hạ tầng.Manet (mobile ad hoc networt)-mạng không dây

di động.Theo định nghĩa của tổ chức internet engineering task force(IETF)-mang manet

là một vùng tự trị (autommous system) của các router (đó chính là các note) được kết nối với nhau bằng liên kết không dây,các note có thể di chuyển một cách tự do nên kiến trúc của mạng thay đổi liên tục mà không thể dự đoán trước

Hình 2.1 - Cấu trúc mạng MANET Mỗi nút mạng có một giao diện vô tuyến và giao tiếp với nút mạng khác thông qua sóng

vô tuyến hoặc tia hồng ngoại.Topo mạng thay đổi liên tục khi các nút mạng tham gia hoặc rời khỏi mạng hay khi kết nối vô tuyến trở nên không còn thích hợp.Mạng ad hoc được hình thành bởi các nút di động có khả năng phát hiện ra sự có mặt của những nút khác và tự định dạng để tạo nên mạng.Ví dụ như một nút yêu cầu truyền tới một mạng ở

xa thì trong mạng có thể thiết lập qua những nút trung gian,các gói được chuyển tiếp tới nút nguồn,đích nhờ những nút trung gian.Do đó các nút mạng internet

Trong mạng ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung,nó đảm bảo mạng không bị sập vì trường hợp nút mạng duy 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 cố mất liên kết ,nút mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đường định tuyến mới và vấn đề sẽ được giải quyết.Điều này chỉ gây trể trên mạng mà không ảnh hưởng đến người sử dụng vì mạng

ad hoc vẫn hoạt động bình thường

- Hiện nay tồn tại hai kiểu topo mạng ad hoc:

Hình 2.2 :Mạng máy chủ di động

Hình 2.3: Thiết bị không đồng nhất

2.1 Các thành phần một mạng MANET:

Do đặt điểm của mạng manet(di động,vô tuyến,không dự tính trướt) nên việc xác định các

thành phần của một mạng manet là rất khó khăn.Tại một thời điểm mạng manet có thể bao gồm một số nốt nào đó,nhưng tại thời điểm sau đó mạng này có thể chia thành nhiều mạng manet.Sau đó nó có thể nhập lại thành một nhóm mới các node và tạo thành mạng manet lớnhơn

Các router nhất định trong một mạng manet có thể kết nối với các vùng định tuyến khác nhau,các router này được gọi là router biên BR(border router),và chúng thường chạy nhiều giao thức định tuyến Các router biên có nhiệm vụ lựa chọn thông tin định tuyến để thông báo giữa các vùng định tuyến liên quan đến nhau.Router biên cũng cho thấy các router

có thể tiếp cận được thông qua nó.Khi các thành viên trong mạng manet thay đổi ,thì kết nối của các router biên trong mạng manet cũng thay đổi

Do vậy ,rất khó để router biên có thể thể hiện tập hợp cố định các node tiếp cận

được(reachable node).Nó có thể lựa chọn không thông báo bất kỳ thông tin định tuyến nào

về mạng manet đó cho các vùng định tuyến khác

2.2 Các chế độ hoạt động của mạng MANET:

Manet có hai chế độ hoạt động chính là chế độ cơ sở hạ tầng và chế độ IEEE Ad-hoc:

Hình 2.4.Chế độ cơ sở hạ tầng 2.2.2 Chế độ IEEE Ad- hoc:

Chế độ này thì các node di động truyền thông trực tiếp với nhau mà không cần tới một

cơ sở hạ tầng nào cả Trong chế độ này thì các liên kết không thể thực hiện qua nhiều chặng

Hình 2.5 Chế độ IEEE Ad- hoc 2.3 Bản chất hoạt động của mạng MANET:

Các nguyên lý thiết kế dựa trên gói đặc biệt thích hợp áp dụng kế lõi giao thức IP như kết nối mạng MANET Tuy nhiên, cần có thêm một số chức năng bổ sung không kết nối

(connectionless) và chuyển tiếp đối với trường hợp mạng động để đáp ứng những thử thách

và cơ hội trong mạng MANET

2.3.1 Các mạng gói vô tuyến:

Động lực ban đầu của mạng MANET là kết nối mạng gói vô tuyến PR (Packet Radio) Trong mạng gói vô tuyến, mỗi router được trang bị một giao diện vô tuyến Mỗi router đều

có thể di động và các router có thể hoặc có thể trở thành bị phân tách về mặt không gian, do vậy các router không thể giao tiếp trực tiếp với nhau Hai router có thể yêu cầu một hoặc nhiều router trung gian để chuyển tiếp (định tuyến) các gói tin thay mặt cho chúng Trong ví

dụ trong hình 2, để mạng PR1 gửi các gói tin đến mạng PR3, mạng PR2 trung gian phải chuyển tiếp cá gói tin này Như vậy mạng PR2 phải nhận gói tin từ mạng PR1 tại giao diện của nó và quyết định truyền lại các gói tin qua cùng giao diện đó như khi các gói tin này được nhận để các gói tin này có thể đến được mạng PR3 Nhìn từ mạng PR2 thì cả mạng PR1 và PR3 đều là các router lân cận trong đó PR1 và PR3 lại không phải là các router lân cận của nhau

Hình 2.6 Mạng gói vô tuyến (PR) cơ bản

2.3.2 Mạng gói vô tuyến và mạng Internet:

Các mạng gói vô tuyến dẫn đến các thử thách liên quan đến kiến trúc mạng như làm thế nào

để kết nối các mạng gói vô tuyến với các mạng khác, đặc biệt là các mạng cố định Một thử thách khác nữa là làm thế nào để giải quyết sự khác biệt về đặc tính của các giao diện và cácnốt khác nhau có mặt trong các mạng khác nhau Các phương diện trên của mạng gói vô tuyến đã giúp kích thích sự phát triển của giao thức Internet, một kiến trúc dựa trên kết nối

mạng không kết nối (connectionless networking) và chuyển tiếp dựa trên gói (packet-based forwarding), hai đặc điểm cho phép việc kết nối giữa các thiết bị khác loại bởi các công nghệ truyền thông hỗn hợp.

2.3.3 Mạng gói vô tuyến và mạng MANET:

Cấu hình router trong (hình 2.7) là cấu hình router MANET đơn giản nhất: một giao diện duy nhất triển khai các đặc điểm của giao diện MANET

Hình 2.7 Router MANET với một giao diện MANET Ngoài ra còn rất nhiều thử thách khác đối với cả mạng MANET và mạng gói vô tuyến như: các giao diện không dây dẫn đến việc chia sẻ tài nguyên truyền thông và dẫn đến sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các nốt lân cận, và các nốt này thường giao tiếp trực tiếp hoặc gián tiếp Sự thay đổi linh hoạt của các kênh vô tuyến và sự di chuyển của các nốt sẽ dẫn đến khả năng mất gói và sự thay đổi cấu hình mạng liên tục.(Hình 2.8) cho thấy một giản đồ chung

về mạng MANET: mỗi router MANET (MNR) có một hoặc nhiều giao diện MANET, qua

đó các giao thức nhận ra giao diện MANET sẽ hoạt động để đảm bảo truyền thông trong mạng MANET và vận hành các giao diện khác không phải giao diện MANET, liên lạc với phía các host hoặc các mạng khác Qua các giao diện nhận dạng không phải mạng MANET (non-MANET), các giao thức không cần nhận ra các đặc tính của mạng MANET

Hình 2.8 Mạng Ad hoc di động (MANET)

CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN

Trong mạng thông tin vô tuyến nói chung và mạng Ad hoc nói riêng do mọi nút mạng đều có khả năng di chuyển nên topo mạng cũng thay đổi theo thời gian Đặc điểm này gây ra khó khăn trong việc truyền tải gói tin Mạng Ad hoc riêng gói tin muốn đến được đích thì phải truyền qua nhiều trạm và nút mạng do đó để gói tin đến được đích thì phải truyền qua nhiều trạm và nút mạng do đó để gói tin muốn đến được đích thì nút mạng phải sử dụng phương pháp định tuyến Giao thức định tuyến có hai chức năng: Tìm,chọn đường tốt nhất và chuyển gói tin đến đúng đích Dễ thấy rằng chức năng thứ hai rất đơn giản có thể sử dụng nhiều giao thức và cấu trúc dữ liệu có sẵn ví dụ như bảng định tuyến

3.1 Các kỹ thuật định tuyến:

3.1.1 Định tuyến Bellman-Ford

Nhiều lược đồ định tuyến trước đây được xây dựng cho mạng không dây Ad hoc dựa trên thuật toán Bellman-Ford Các lược đồ này cũng được nghiên cứu giải quyết các vấn đề của lược đồ Distance Vector (DV) Trong thuật toán Bellman-Ford, mọi nút duy trì một bảng định tuyến hay ma trận chứa thông tin khoảng cách và thông tin về nút kế tiếp của mình trên đường đi ngắn nhất tới đích bất kỳ, trong đó khoảng cách chính là chiều dài ngắn nhất từ nút tới đích Để cập nhật thông tin về đường đi ngắn nhất mỗi nút sẽ thường xuyên trao đổi bảng định tuyến với các nút bên cạnh nó Dựa trên bảng định tuyến

từ các nút lân cận đó , nút nào đó biết được khoảng cách ngắn nhất từ các lân cận của nó tới nút bất đích bất kỳ Do đó, với mỗi nút đích, nút xuất phát sẽ chọn một nút trung gian cho chặng kế tiếp sao cho khoảng cách từ nó qua nút trung gian tới nút đích là nhỏ nhất Các thông tin tính toán mới này sẽ được lưu trữ vào bảng định tuyến của nút này và được trao đổi ở vòng cập nhật định tuyến tiếp theo Định tuyến này có ưu điểm là đơn giản và tính toán hiệu quả do đặc điểm phân bố Tuy nhiên nhược điểm của nó là hội tụ chậm khi topo mạng thay đổi và có xu hướng tạo các vòng lặp định tuyến đặc biệt là khi các điều kiện liên kết không ổn định

3.1.2 Định tuyến tìm đường:

Các giao thức mới như DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) và WRP

(Wireless Routing Protocol) dựa trên DBF để cung cấp định tuyến lặp tự do Cho dù là vấn đề đã được giải quyết thì vẫn còn tồn tại vấn đề về độ thiếu chính xác trong định tuyến DBF, vấn đề này có thể gây ra suy giảm hiệu suất mạng Nguyên nhân dẫn đến sự thiếu chính xác là do nút mạng không có được các thông tin trạng thái toàn mạng dẫn đến các quyết định đưa ra chỉ tối ưu trong phạm vi cục bộ, nó không đảm bảo một giải pháp tối ưu trong môi trường di động Thêm vào đó khi DBF chỉ duy trì một đường đi duy nhấttới đích, nó thiếu khả năng thích nghi với các lỗi liên kết và yêu cầu nghiên cứu mở rộng cho các hỗ trợ multicasting

3.1.3 Định tuyến on-demand:

Định tuyến On-demand được biết đến như DC (Diffusion Computation) cũng được sử dụng trong mạng không dây Trong lược đồ định tuyến On-demand, một nút xây dựng đường đi bằng cách chất vấn tất cả các nút trong mạng Gói chất vấn tìm được ID của các nút trung gian và lưu giữ ở phần Path Khi dò tìm các chất vấn, nút đích hay các nút đã biết đường đi tới đích trả lời chất vấn bằng cách phúc đáp “source routed” cho nơi gửi

Do nhiều phúc đáp nên có nhiều đường đi được tính toán và duy trì Sau khí tính toán đường đi nút liên kết bất kỳ bắt đầu các chất vấn, phúc đáp khác nên luôn cập nhật định tuyến Mặc dù các tiếp cận dựa trên cơ sở DC có độ chính xác cao hơn và phản ứng nhanhhơn với sự thay đổi mạng nhưng phụ trợ điều khiển quá mức do thường xuyên yêu cầu flooding đặc biệt khi tính di động cao hơn và lưu lượng dày đặc phân bố đều nhau Kết quả là các giao thức định tuyến Ondemand chỉ phù hợp với mạng không dây băng thông rộng trễ truyền gói nhỏ và lưu lượng rất nhỏ

3.1.4 Định tuyến vùng:

Định tuyến vùng là một giao thức định tuyến khác thiết kế trong môi trường Ad hoc Đây

là giao thức lai giữa định tuyến On-demand với một giao thức bất kỳ đã tồn tại Trong định tuyến vùng mỗi nút xác đ ịnh vùng riêng khi nút ở khoảng cách nhất định Định tuyến vùng trung gian sử dụng định tuyến Ondemand để tìm đường đi Ưu điểm của định tuyến vùng là khả năng mở rộng cấp độ khi nhu cần lưu trữ cho bảng định tuyến giảm xuống Tuy nhiên do gần giống với định tuyến On-demand nên định tuyến vùng cũng gặp phải vấn đề về trễ kết nối và điểm kết thúc của các gói yêu cầu

3.2 Phân loại các giao thức định tuyến

Phân loại các giao thức định tuyến:

- Dựa trên bảng định tuyến: DSDV, WRP

- Theo yêu cầu: AODV, DSR, LMR, TORA, ABR, SSR

 Định tuyến theo bảng (proactive): Trong phương pháp định tuyến theo bảng, các node trong mạng MANET liên tục đánh giá các tuyến tới các node để duy trì tính tương thích, cập nhật của thông tin định tuyến Vì vậy, một node nguồn có thể đưa ra một đường dẫn định tuyến ngay lập tức khi cần Trong các giao thức định tuyến theo bảng, tất cả các node cần duy trì thông tin về cấu hình mạng Khi cấu hình mạng thay đổi, các cập nhật được truyền lan trong mạng nhằm thông báo sự thay đổi Hầu hết các giao thức định tuyến theo bảng đều kế thừa và sửa đổi đặc tính tương thích từ các thuật toán chọn đường dẫn ngắn nhất trong các mạng hữu tuyến truyền thống Các thuật toán định tuyến theo bảng được sử dụng cho các node cập nhật trạng thái mạng và duy trì tuyến bất kể có lưu lượng hay không Vì vậy, tiêu đề thông tin để duy trì cấu hình mạng đối với các giao thức này thường là lớn Một số giao thức định tuyến điển hình theo bảng trong MANET gồm:

+ Giao thức định tuyến không dây WRP (Wireless Routing Protocol)

+ Định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích DSDV (Destina tion Sequence Distance Vector)

+ Định tuyến trạng thái tối ưu liên kết OLSR (Optimized Link State Routing)

…

 Định tuyến theo yêu cầu (reactive): Trong phương pháp định tuyến theo yêu cầu, các đường dẫn được tìm kiếm chỉ khi cần thiết, hoạt động tìm tuyến bao gồm cả thủ tục xác định tuyến Thủ tục tìm tuyến kết thúc khi một tuyến được tìm thấy hoặc không có tuyến khả dụng sau khi xác minh toàn bộ tập hoán vị tuyến Trong mạng MANET, các tuyến hoạt động có thể ngừng do tính di động của node Vì vậy, thông tin duy trì tuyến là tối quan trọng đối với các giao thức định tuyến theo yêu cầu So với các giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức định tuyến theo yêu cầu thường có tiêu đề trao đổi thông tin định tuyến nhỏ hơn Vì vậy, về mặt nguyên tắc, các giao thức này có khả năng mở rộng tốt hơn so với các giao thức định tuyến theo bảng Tuy nhiên, vấn đề

lớn nhất của các giao thức định tuyến theo yêu cầu là trễ do tìm kiếm tuyến trước khi chuyển tiếp thông tin dữ liệu Ví dụ về một số giao thức định tuyến theo yêu cầu gồm:

+ Giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing)

+ Giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu AODV (Ad hoc On demand Distance Vector routing)

+ Giao thức định tuyến theo thứ tự tạm thời TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm)

 Giao thức định tuyến lai ghép: Các giao thức định tuyến lai ghép được đề

xuất đề kết hợp các đặc tính ưu điểm của các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêucầu Thông thường, các giao thức định tuyến lai ghép Manet được sử dụng trong kiến trúc phân cấp Các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêu cầu được triển khai trong các cấp thích hợp Một số ví dụ về giao thức định tuyến lai ghép:

+ Giao thức định tuyến vùng ZRP (Zone Routing Protoc ol)

+ Giao thức định tuyến trạng thái liên kết dựa trên vùng ZHLS (Zone -based Hierarchical Link State routing)

+ Giao thức định tuyến mạng tùy biến lai HARP (Hybrid Ad hoc Routing Protocol), v.v

Ngoài ra, chúng cũng được phân loại theo cách khác:

 Link state protocol : trong các giao thức loại này, các router sẽ trao đổi LSA (Link state advertisement) với các router khác để xây dựng và duy trì cơ sở dữ liệu về trạng thái của toàn mạng (Network topology database) Các thông tin này được trao đổi dưới dạng multicast (Một router đến nhiều router khác) Như vậy mỗi router sẽ có một cái nhìn đầy đủ và độc lập về toàn mạng (Routing table chung) và từ đó sẽ tìm cách xây dựng đường đi ngắn nhất đến đích

 Distance vector protocol : trong giao thức loại này, các router sẽ chỉ trao đổi bảng định tuyến (Routing table) riêng của mình đến các routerláng giềng được kết nối trực tiếp với mình Như vậy các router này không tự biết được đường đi đến đích, không biết các router trung gian mà phải dựa vào bảng định tuyến của router láng giềng (Bị chi phối bởi các router láng giềng)

 Trong phần này chỉ trình bày hai loại giao thức phổ biến trong thực tế ứng với mỗi loại trên.

3.2.1 GIAO THỨC DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector )

Mô tả

DSDV(Destination Sequenced Distance Vector) là một biến thể của giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách theo kiểu bản ghi, dựa trên ý tưởng của thuật toán định

tuyến kinh điển Bell-man-Ford với cải tiến mới của DSDV là sử dụng kĩ thuật đánh số

sequence number, kĩ thuật này dùng để nhận ra các con đường đi không còn giá trị trong quá trình cập nhật bảng đinh tuyến, do đó sẽ tránh được vòng lặp trong quá trình định tuyến Mỗi node sẽ tăng số sequence number khi gởi thông tin về bảng định tuyến của nó cho các node khác trong mạng

3.2.1.1 Đặc điểm trong DSDV

DSDV phụ thuộc vào thông tin quảng bá định kỳ nên nó sẽ tiêu tốn thời gian để tổng hợp thông tin trước khi đường định tuyến được đưa vào sử dụng Thời gian này là không đáng kể đối với mạng có cấu trúc cố định nói chung (bao gồm cả mạng có dây), nhưng với mạng Ad hoc thời gian này là đáng kể, có thể gây ra mất gói tin trước khi tìm ra được định tuyến hợp lý Ngoài ra, bản tin quảng cáo định kỳ cũng là nguyên nhân gây ra lãng phí tài nguyên mạng

3.2.1.2 Các cơ chế trong DSDV

Quản lí bảng định tuyến:

Mỗi node luôn duy trì một bảng định tuyến đến tất cả các node khác trong mạng Thông tin của một entry trong bảng định tuyến bao gồm :

+ Điạ chỉ của node đích

+ Số hop đến đích(hop- count)

+ Next hop

+ Số sequence number của node đích

Để đảm bảo cho bảng định tuyến luôn phù hợp với những thay đổi trong mạng thì các node phải thường xuyên cập nhật bảng định tuyến theo một khoảng thời gian nhất định hoặc khi mạng có sự thay đổi Do đó, các node phải quảng bá thông tin định tuyến của nó cho các node khác trong mạng bằng cách phát broadcast những thay đổi trong 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 sequence number trong gói tin cập nhật lớn hơn hoặc bằng sequence number trong bảng định tuyến và có số hop-count nhỏ hơn thì node đó sẽ cập nhật thông tin đó vào bảng đinh tuyến

Cách thức cập nhật bảng định tuyến

Bảng định tuyến cập nhật theo hai cách:

+Cập nhật toàn bộ bảng định tuyến cho các node láng giềng và có thể truyền trong nhiều packet gọi là full-dump

+Cập nhật các thành phần thay đổi trong bảng định tuyến của nó cho các node láng giềng và các thông tin thay đổi đó chỉ được gởi đi trong một packet Cách thức cập nhật này gọi là incremental-update

Đối với một mạng Ad-hoc tương đối ổn định, thì kiểu cập nhật incremental-update

sẽ thường được sử dụng để hạn chế lưu lượng truyền trên mạng Trong khi đó, full-dump

sẽ được sử dụng trong mạng 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 các node láng giềng có thể không còn hiệu lực Khi node phát hiện rằng liên kết đến nút tiếp theo

(next hop) của nó không tồn tại, thì đường đi thông qua next –hop đó lập tức sẽ có count là vô cùng và số sequence number lại được tăng lên 1.

hop-Sau đó node sẽ phát broadcast thông tin đó cho tất cả các node trong mạng và các node trong mạng sẽ cập nhật lại bảng định tuyến của mình

Ví dụ Node X nhận thông tin từ định tuyến từ node Y về đường đi đến node Z

Gọi S(X) và S(Y ) là sequence- number của node Z được lưu trữ tại node X và sequence –number được gởi bởi node Y

Nếu S(X)> S(Y) node X sẽ từ chối thông tin định tuyến nhận từ node Y

Nếu S(X)= S(Y) và số hop để đến đích nhỏ hơn đường đi mà node X đã biết, X sẽ thiết lập node Y là node node tiếp theo để đến node Z

Nếu S(X)< S(Y) X sẽ thiết lập node Y là node node tiếp theo để đến node Z và S(X) được cập nhật bằng S(Y)

Hình 3.1 : Ví dụ minh họa giao thức DSDV

3.2.1.3 Giao thức định tuyến theo yêu cầu (On-Demand(Reactive))

Trong loại giao thức này, các con đường đi sẽ chỉ được tạo ra nếu có nhu cầu Khi một node muốn gởi dữ liệu đến một node đích, nó sẽ khởi động tiến trình tạo thông tin định tuyến (route discovery) để tìm kiếm con đường đi đến đích Sau khi một đường đi đãxác lập, nó sẽ duy trì thông tin đó bằng tiến trình duy trì thông tin định tuyến (route