MANET - định tuyến dựa trên tiên đoán vị trí : Luận văn ThS Kỹ thuật điện tử - viễn thông: 2.07.00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ v € MẠNH CƯỜNG M A N E T- Đ ỊN H T U Y Ế N DựA T R Ê N T IÊ N Đ O ÁN V Ị T R Í Ngành: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử 'lĩiône tin liên lạc Ma so: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyẻn Viết Kính (Trường ĐHCN - ĐHQG Hà Nội) ĐAI H Ọ C ý ƯỚC G IA HÀ NÒI TRUNG TAM THÒNG TIN THƯ VIỆN '1 HÀ NỘI 2006 / Á ỵí •ỉ MỤC LỤC M Ụ C L Ụ C TÓM TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG B lỂ BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮVIÊT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 10 • 1.1 Mạng di động Ad hoc (MANET) 10 1.1.1 Sự phát triển mạng 11 1.1.2 Các ngữ cảnh sử dụng mạng 13 1.1.3 Các đặc điểm mạng 14 1.2 Vấn đề định tuyến 15 1.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống 15 1.2.2 Bài toán định tuyến mạng MANET 17 CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MANET 19 2.1 Các kỹ thuật định tuyến MANET 19 2.1.1 Định tuyến L S v D V 19 2.1.2 Định tuyến chủ ứng định tuyến phán ứng 19 2.1.3 Cập nhật định kỳ cập nhạt theo k iệ n 20 2.1.4 Cấu trúc phẳng cấu trúc phân cấp 20 2.1.5 Tính tốn phi tập trung tính tốn phân tán 20 2.1.6 Định tuyến nguồn định tuyến theo chặng 21 2.1.7 Đơn đường đa đường 21 2.2 Phân loại giao thức định tuyến MANET 21 2.2.1 Giao thức DSDV 22 2.2.2 Giao thức OLSR 23 2.2.3 Giao thức AODV 24 2.2.4 Giao thức DSR 25 2.2.5 Giao thức TOR A 26 2.2.6 So sánh giao thức 27 2.3 MANET- Định tuyến dựa tiên đốn vị trí 30 2.3.1 Giao thức cập nhật 31 2.3.2 Tiên đoán .34 2.3.3 Định tuyến ỌoS 36 CHƯƠNG 3: MƠ PHỊNG CÁC MẠNG DI ĐỘNG AD HOC .39 3.1 Mơ hình MANET 39 3.2 Bộ mô NS2 39 3.3 Thiết lập MANET dùng mô NS2 40 3.3.1 Mơ phịng mạng không dây di độno, 40 3.3.1.1 Nút di động mô .40 3.3.1.2 Mô hình phương tiện chia sẻ 42 3.3.1.3 Hoạt động nút di động 43 3.3.2 Tạo ngữ cảnh 43 3.3.2.1 Các mơ hình chuyển động .44 a.Mơ hình Random Waypoint 44 b Mơ hình Random Walk 45 c Mơ hình Random Direction .47 3.3.2.2 Các mơ hình thơng lượng 48 3.4 Tổng quan trình mơ .49 3.5 Mô giao thức định tuyến 50 3.5.1 DSDV.T .50 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 AODV 51 DSR 51 TORA 52 OLSR .53 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VÀ ĐỊNH TƯYẺN QOS D ựA TRÊN TIÊN ĐOÁN VỊ TRÍ 54 4.1 Các tham số môi trường 54 4.2 Các độ đo hiệu 55 4.3 Các thí nghiệm mơ 56 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 Thí nghiệm 1: sử dụng mơ hình Random Waypoint 57 Thí nghiệm 2: sử dụng mơ hình Random W alk 63 Thí nghiệm 3: Sử dụng mỏ hình Random Direction .67 Thí nghiệm : So sánh mơ hình thơng lượng TCP CBR giao thức định tuyến DSR DSDV 71 4.4 Nhận xct hiệu giao thức 77 4.5 Thí nghiệm 5: Đánh giá định tuyén ỌoS dựa tiên đoán vị tri' 80 K ẾT LUẬN : 85 TÀI LIỆU THAM K H Ả O 87 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: MANET 10 Hình 1-2: Hoạt động mạng đơn chặng đa chặng 12 Hình 1-3: Mạng WPAN với kết nối Internet 14 Hình 2-1: Phân loại giao thức định tuyến mạng MANET 22 Hình 2-2: Định tuyến trạng thái liên kết định tuyến cải tiến O L SR 24 Hình 2-3: Sự hình thành đường giao thức T O R A 26 Hình 2-4: Tần suất cập nhật loại phụ thuộc vận tốc nút 32 Hình 2-5: Cập nhật loại 32 Hình 2-6: Tiên đốn vị trí, sử dụng cập nhật loại 35 H ình 3-1: Mơ /?út di động NS2 41 Hình 3-2: Mơ hình phương tiện chia sẻ NS2 .42 Hình 3-3: Di chuyển nút theo mơ hình Random Waypoint 45 Hình 3-4: Di chuyển nút theo mơ hình Random Walk 46 Hình 3-5: Sự di chuyển nút theo mơ hình Random D irection 47 Hình 3-6: Các mơ hình thơng lượng NS2 48 Hình 3-7: Tổng quan q trình mơ 49 Hình 4-1: So sánh kết phân phát gói tin mỏ hình Random Waypoint 59 Hình 4-2: So sánh trẻ đầu cuối trung bình mơ hình Random Waypoint 60 Hình 4-3: So sánh tải định tun chuẩn hố mơ hình Random Waypoint 63 Hình 4-4: So sánh kết phân phát gói tin mơ hình Random W alk 65 Hình 4-5: So sánh thời gian trẻ trung bình mó hình Random W alk 66 Hình 4-6: So sánh tải định tuyến chuấn hố mơ hình Random W alk 67 Hình 4-7: So sánh kết phân phát gói tin mỏ hình Random Direction .69 Hình 4-8: So sánh thời gian trễ trung bình mơ hình Random Direction .69 Hình 4-9: So sánh tải dịnh tuyến chuẩn hố mỏ hình Random Direction 70 Hình 4-10: So sánh tỉ lệ phát gói tin thành công TCP CBR giao thức DSDV 72 Hình 4-11: So sánh tải định tuyến chuẩn hóa TCP CBR giao thức DSDV 73 Hình 4-12: So sánh phần trăm gói tin phát thành cơng TCP CBR giao thức DSR 74 Hình 4-13: Trễ đầu cuối trung bình cüa TCP CBR giao thức DSR 75 Hình 4-14: So sánh tải định tuyến chuẩn hóa TCP CBR giao thức DSR 76 Hình 4-15: Phần trăm lỗi tiên đốn vị trí tiên đốn vị trí kết hợp trễ đầu cuối .81 Hình 4-17: Sự xác vị trí dự đốn trế vói cập nhật loại 82 Hình 4-17: Tổng số lỗi khoảng lỗi tăng dần 82 Hình 4-18: số lượng gói tin trung bình cập nhật loai nút/giây .83 DANH MỤC BẢNG BíỂU Bảng 2-1: So sánh độ phức tạp giao thức 28 Bảng 2-2: So sánh giao thức 29 Bảng 2-3: So sánh giao thức 30 Bảng 3-1: Các tham số cua mơ hình Random Waypoint 45 Bảng 3-2: Các tham số mô hình Random Walk 46 Bảng 3-3: Các tham số mơ hình Random Direction .47 Bảng 3-4: Các tham số hoạt động DSDV NS2 50 Bảng 3-5: Các tham số hoạt động AODV NS2 51 Bảng 3-6: Các tham số hoạt động DSR NS2 52 Bảng 3-7: Các tham số hoạt động TORA NS2 52 Bảng 3-8: Các tham số hoạt động OLSR mô 53 Bảng 4-1: Cấu hình mạng mơ theo mơ hình Random W aypoint 58 Bảng 4-2: Tải định tuyến chuẩn hố TORA mơ hình Random W aypoint 62 Bảng 4-3: Cấu hình mạng mó theo IĨ1Ơ hình Random Walk 65 Bảng 4-4: Cấu hình mạng mỏ theo mơ hình Random Direction 68 Bảng 4-5: c ấ u hình mô đẻ so sánh CBR, TCP giao thức DSR DSDV 71 Bảng 4-6: c ấ u hình mơ định tuyến QoS dựa tiên đốn vị trí—81 B Ả N G K Ý H IỆ U C Á C C H Ũ V I É T T Ả T AODV Ad hoc On-demand Distance Vector CBR Constant Bit Rate CSMA/CA Carrier Sense Multiple NAM Network Animator NS2 Network Simulator OLSR Optimized Link Slate Routing Protocol Access with Collision Avoidance DARPA Defense Advanced PAN Personal Area Network PDA Personal Digital Research Projects Agency DSDV PRnet Packet Radio Network QoS Quality o f Service RIP Routing Information Destination-Sequenced Distance Vector DSR Dynamic Source Routing DV Distance Vector IEEE Institute o f Electrical and Electronic Engineering IETF Assistant Internet Engineering Task Force Protocol RREP Route Reply RJR.EQ Route Request RTS Request To Send TC Topology Control TORA Temporally-Ordered LAN Local Area Network LS Link State MAC Medium Access Control WLAN Wireless LAN MAN ET Mobile Ad hoc Network WPAN Wireless PAN MPR Multipoint Relay Routing Algorithm MỞ ĐẦU Nhằm đạt tới giải phóng hồn tồn mạng di động không dây vào sở hạ tầng mạng cố định, nhiều hướng nghiên cứu, nhiều mơ hình kiến trúc hoạt động dưa Một hướng đánh giá cao mạng di động Ad hoc Đây mạng kết nối thiết bị tính tốn di động máy tính Laptop, PDA hay điện thoại cầm tay khu vực mà không cần tới sở hạ tầng mạng cố định hay đơn vị quản trị trung tâm hỗ trợ [20] Đặc trưng truyền thông MANET đa chặng, nút nguồn nút đích qua nhiều nút trung gian Với cấu hình tế bào chuẩn, định tuyến gói tin thông qua chặng từ sở tới nút di động Nhưng MANET gói tin định tuyến thông qua nhiéu chặng Mặt khác MANET có cấu hình phức tạp di chuyển nút, băng thông liên kết không dây hạn chế, khả tính tốn dung lượng nhớ nút bị giới hạn Để phát triển MANET thực tế cần phải phát triển giao thức làm việc hiệu môi trường đặc biệt Luận văn nghiên cứu giao thức định tuyến MANET đánh giá hiệu làm việc chúng lý thuyết thông qua thí nghiệm mơ mạng Các nội dung nghiên cứu cụ thể bao gồm: ❖ Nghiên cứu môi trường làm việc đặc điểm mạng ❖ Xem xét toán định tuyến mạng giải pháp ❖ Phân loại giao thức định tuyến ❖ Phân tích so sánh giao thức sở lý thuyết độ phức tạp đặc tính hoạt động ❖ Xây dung mơi trường mơ tích hợp số giao thức định tuyến cho MANET mô mạng NS2 ❖ Đánh giá giao thức định tuyến ngữ cảnh với tham số khác có ảnh hưởng tới hiệu suất giao thức định tuyến kích thước mạng, tải mạng, tốc độ thay đổi hình trạng mạng mơ hình di chuyển Luận văn bao gổm chương ngồi chương giới thiệu kết luận: Chương I: Giới thiệu mạng MANET tốn định tuyến mạng Chương II: Trình bày giao thức định tuyến mạng MANET, phân loại giao thức, mô tả chi tiết số giao thức tiêu biểu so sánh giao thức Chương III: Trình bày việc mơ MANET mô NS2 Chương IV: Nghiên cứu đánh giá hiệu suất giao Ihức định tuyến với độ đo hiệu cụ thể để so sánh giao thức điểu kiện mạng thay đổi So sánh MANET dùng mơ hình thơng lượng TCP CBR Đánh giá MANET sử dụng định tuyến dựa tiên đốn vị trí CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Mạng di động Ad hoc (MANET) MANET (Mobile Ad hoc NETwork) mạng không dây đặc biệt gồm tập hợp thiết bị di động với giao tiếp không dây có khả truyền thơng trực tiếp với nằm vùng thu/phát sóng thơng qua nút trung gian làm nhiệm vụ chuyển tiếp hình 1-1 Trong MANET, nút vừa đóng vai trị truyền thơng vừa đóng vai trị thiết bị định tuyến Với nguyên tắc hoạt động vậy, MANET không bị phụ thuộc vào sở hạ tầng cố định đơn vị quản trị trung tâm mạng tế bào WLAN truyền thống Hình 1-1: MANET MANET có độ linh hoạt cao với khả hoạt động độc lập với sở hạ tầng mạng cố định [14]: • Triển khai nhanh có u cầu • Tin mạnh mẽ hoạt động phân tán khả tự động cấu hình lại mạng có thay đổi liên kết • Kết nối khơng giới hạn • Chi phí triển khai hoạt động thấp Ngồi ra, MANET có ý nghĩa đặc biệt quân sự, chống khủng bố, trường hợp tìm kiếm cứu hộ khẩn cấp việc xây dựng mạng cảm biến khu vực người truy cập 10