Định tuyến trong mạng ad hoc vô tuyến

3 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN DUY TÂN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC VÔ TUYẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN DUY TÂN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC VƠ TUYẾN Ngành: Cơng Nghệ Thơng Tin Chun ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN HỒNG QUÂN Hà Nội - 2009 MỤC LỤC MỤC LỤC .3 DANH MỤC HÌNH BẢNG KÝ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN 13 1.1 Giới thiệu chung 13 1.2 Phân loại mạng không dây 14 1.3 Mạng cá nhân WPAN (Wireless Personal Area Networks) [5]-[7]-[8]-[12] .15 1.4 Mạng cục WLAN (Wireless Local Area Network) [5]-[7]-[8]-[12] .15 1.4.1 Lịch sử đời mạng WLAN 16 1.4.2 Một số ưu điểm mạng WLAN .16 1.4.3 Nhược điểm WLAN 17 1.4.4 Mạng WLAN có sở hạ tầng 18 1.4.5 Mạng Ad Hoc (MANET) [5]-[7]-[8]-[12] 19 1.4.5.1 Khái niệm số đặc điểm chung mạng Ad Hoc .19 1.4.5.2 Một số mạng Ad hoc điển hình .20 1.4.5.3 Các ứng dụng mạng Ad hoc 21 1.5 Mạng đô thị không dây WMAN [7]-[14] 22 1.6 Tóm tắt chương 24 CHƯƠNG II: MƠ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG KHƠNG DÂY 802.11 25 2.2 Mơ hình kiến trúc mạng khơng dây so với mơ hình OSI [8] 25 2.3 Kiến trúc giao thức mạng WLAN theo chuẩn 802.11 [8]-[7]-[11]-[14] 27 2.3.1 IEEE 802.11b .27 2.3.2 IEEE 802.11a .27 2.3.4 IEEE 802.11i 28 2.3.5 IEEE 802.11n .29 2.4 Lớp Vật Lý (Physical Layer) 29 2.4.1 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần [3]-[8]-[13] 30 2.4.2 Kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum) [3]-[8]-[13] 31 2.4.3 Kỹ thuật sử dụng hồng ngoại (Infrared Physical Layer) [3]-[4] 33 2.4.4 Kỹ thuật OFDM [3]-[8]-[10]-[14] .33 2.5 Lớp điều khiển truy cập môi trường truyền [7]-[10] 35 2.5.1 Giao thức truy cập CSMA/CA [8] .36 2.5.2 Chức phối hợp phân tán .39 2.5.2.1 DCF sử dụng phương pháp CSMA/CD [8]-[11] 39 2.5.2.2 Sử dụng gói tin điều khiển RTS/CTS 40 2.5.2.3 DCF sử dụng gói tin RTS/CTS để giải vấn đề Hidden Terminal41 2.5.3 Chức phối hợp theo điểm [8]-[11] .42 2.6 Định dạng gói tin tầng MAC [8] .44 2.6.1 Khn dạng gói tin tầng MAC .44 2.6.2 Định dạng gói tin điều khiển ACK, RTS, CTS 45 2.7 Lớp quản lý tầng MAC (MAC Management) 45 2.7.1 Sự đồng hóa (Synchronization) [11] .45 2.7.2 Quản lý lượng (Power Management) 47 2.7.3 Quản lý chuyển vùng (Handoff) 49 CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC 51 3.1 Giới thiệu định tuyến mạng Ad hoc [9]-[10]-[11]-[12] 51 3.2 Các yêu cầu thuật toán định tuyến cho mạng Ad hoc khơng dây 52 3.2 Phân loại thuật tốn định tuyến cho mạng Ad Hoc [11]-[12] 55 3.2 Định tuyến theo vecter khoảng cách đích (DSDV - Destination Sequenced Distance Vector) [4]-[5]-[10]-[11]-[12] 56 3.3 Định tuyến theo trạng thái đường liên kết tối ưu [5]-[11]-[12] 58 3.4 Ad Hoc On-Demand Distance Vector (AODV) [5]-[11]-[12] 60 3.5 Định tuyến nguồn động (DSR - Dynamic Source Routing) [5]-[10]-[11] 62 3.6 Giao thức định tuyến vùng (ZRP - Zone Routing Protocol) [11]-[12] .64 3.7 Tóm tắt 66 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 67 4.1 Bộ mô mạng NS2 [2]-[15]-[20] .67 4.1.1 Giới thiệu 67 4.1.2 Sự liên kết C++ OTCL 68 4.1.3 Mơ hình kiến trúc NS2 69 4.1.4 Các đặc điểm NS2 .69 4.1.5 Khả mô NS 69 4.2 Mô mạng di động không dây 802.11 NS [18]-[20]-[21] 70 4.2.1 Các mô hình truyền sóng vơ tuyến .70 4.2.1.1 Mơ hình FreeSpace 70 4.2.1.2 Mô hình hai tia mặt đất (Two Ray Ground) 71 4.2.1.3 Mơ hình Shadowing 71 4.2.2 Tạo nút di động (Mobile Node) 73 4.2.3 Tạo chuyển động cho Node (Creating Node movements) 77 4.2.4 Tạo lập lịch kiện (Creating Event Scheduler) 79 4.2.5 Ghi lại vết kiện mô (vào file *.tr, *.nam) 79 4.2.6 Tạo kết nối TCP nguồn sinh lưu lượng 79 4.2.7 Tạo kết nối UDP nguồn sinh lưu lượng 80 4.3 Cấu trúc tệp vết mạng di động không dây theo chuẩn 802.11 [16]-[18][19]-[20]-[21] .80 4.4 Các công cụ xử lý sau mô 84 4.4.1 Sử dụng Grep .84 4.4.2 Xử lý file liệu với Awk 84 4.4.3 Xử lý file liệu với Perl 84 4.3.5 Vẽ đồ thị với gnuplot [26] 85 4.3.6 Vẽ đồ thị với xgraph [27] .85 4.3.7 Tổng hợp liệu với Trace graph [23]-[24]-[25] 85 4.5 Mô mạng Ad hoc theo chuẩn IEEE 802.11 85 4.5.1 Thiết lập topo mạng Ad hoc 85 4.5.2 Thực mô 86 4.5.3 Đánh giá hiệu giao thức mạng 87 4.5.3.1 Thơng lượng trung bình 87 4.5.3.2 Độ trễ trung bình 88 4.5.3.3 Thăng giáng độ trễ trung bình .88 4.5.3.4 Tỷ lệ gói tin 89 4.5.4 Đánh giá tuyến đường thiết lập thời gian mô .90 KẾT LUẬN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO .95 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Tổng quan mạng vô tuyến 14 Hình 1.2 : Tổng quát chuẩn mạng không dây 14 Hình 1.3: Mơ hình mạng khơng dây có sở hạ tầng 18 Hình 1.4: Mơ hình mạng khơng dây Ad hoc 20 Hình 1.5: Mạng Ad Hoc điển hình 20 Hình 2.1: Các chuẩn giao thức IEEE 802 mơ hình OSI 26 Hình 2.2: Mơ hình kiến trúc theo chuẩn 802.11 26 Hình 2.3: Các lựa chọn chuẩn 802.11b 27 Hình 2.4: Định dạng frame quy định FHSS 802.11 PHY 30 Hình 2.5: Các kênh dải tần số hoạt động trùng đáng kể 32 Hình 2.6: Các kênh khơng xung đột khu vực 32 Hình 2.7: Định dạng frame quy định DSSS 802.11 .32 Hình 2.8: Trực giao sóng mang OFDM miền tần số 34 Hình 2.9 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) .34 Hình 2.10 : Quá trình mã hóa điều chế theo OFDM 35 Hình 2.11: Tầng MAC tầng vật lý theo chuẩn 802.11 .36 Hình 2.12: Định nghĩa khoảng thời gian truy cập mơi trường truyền 36 Hình 2.13: Minh họa khoảng tranh chấp truy cập CSMA/CA 37 Hình 2.14: Minh họa giao thức truy cập CSMA/CA với trạm 37 Hình 2.16: Gửi liệu unicast theo DFWMAC 39 Hình 2.17: Phân mảnh gói tin gửi liệu unicast theo DFWMAC 39 Hình 2.18: DCF sử dụng giao thức CSMA/CA 40 Hình 2.19: DCF sử dụng gói tin RTS/CTS 40 Hình 2.20: Hiện tượng đầu cuối ẩn .41 Hình 2.21: Giải tượng đầu cuối ẩn 42 Hình 2.22: Hiện tượng trạm cuối lộ 42 Hình 2.23:Cơ chế RTS/CTS giải vấn đề trạm cuối ẩn 42 Hình 2.24: Mơ tả chu kỳ hoạt động PCF 43 Hình 2.25: Khn dạng gói tin tầng MAC 44 Hình 2.26: Khn dạng gói tin ACK 45 Hình 2.27: Khn dạng gói tin RTS 45 Hình 2.28: Khn dạng gói tin CTS 45 Hình 2.29: AP gửi gói tin beacon mạng khơng dây sở hạ tầng 46 Hình 2.29: Truyền gói tin beacon mạng ad-hoc 47 Hình 2.30: Quản lý lượng mạng dựa sở hạ tầng .48 Hình 2.31: Quản lý lượng mạng ad-hoc 49 Hình 3.1: Ví dụ việc phân chia vùng mạng Ad Hoc .55 Hình 3.2: Phân loại giao thức định tuyến mạng Ad hoc 56 Hình 3.3: Minh họa bảng định tuyến DSDV 57 Hình 3.4: Bộ chuyển tiếp đa điểm (Multipoint relays) 59 Hình 3.5: AODV Khám phá trì tuyến 61 Hình 3.6: DSR trình khám phá tuyến .63 Hình 3.7: ZRP bán kính vùng 65 Hình 3.8: Ví dụ khám phá đường ZRP 65 Hình 4.1 Mơ hình tổng quan mơ NS-2 67 Hình 4.2: C++ OTcl, hai thành phần đối ngẫu 68 Hình 4.3: Kiến trúc NS 69 Hình 4.4: Một mobilenode chuẩn wireless Monarch CMU mở rộng NS .76 Hình 4.5: Một SRNode chuẩn wireless Monarch CMU mở rộng NS 77 Hình 4.6: Đồ hình mơ 50 node mạng ah hoc 86 Hình 4-7: Thơng lượng trung bình tồn mạng 87 Hình 4-8: Độ trễ trung bình tồn mạng 88 Hình 4-9: Thăng giáng độ trễ trung bình tồn mạng 89 Hình 4-10: Tỷ lệ gói tin tồn mạng 89 10 BẢNG KÝ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT ACK AES AODV AP ATIM BSS BSSID CCK CCA CSMA/CA CSMA/CD CTS COFDM CW DCF DIFS DS DSDV DSR DSSS DTIM EIRP FCC FEC FHSS GFSK HEC IEEE IARP ISM ISM IERP LAN LLC MAC MANET Acknowledgement Advanced Encryption Standard Ad Hoc On-Demand Distance Vector Access Point Ad-hoc Traffic Indication Map Basic Service Set Basic Service Set Identifier Complementary Code Keying Clear Channel Assessment Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect Clear To Send Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing Contention Window Distributed Coordination Function DCF Interframe Space Destination Station Destination Sequenced Distance Vector Dynamic Source Routing Direct Sequence Spread Spectrum Delivery Traffic Indication Map Effective Isotropic Radiated Power Federal Communication Commission Forward Error Correction Frequency Hopping Spread Spectrum Gaussian shaped FSK Frequency Shift Keying Header Error Check Institute of Electrical and Electronics Engineers Intrazone Routing Protocol Industry Scientific Medical Industrial, Scientific and Medical band Interzone Routing Protocol Local Area Network Logical Link Control Medium Access Control Mobile Ad Hoc Network 11 MPR MPRs NAM NAV NEST NIC NLOS NS2 OFDM OLSR PCF PLCP PMD PHY PSP QoS QPSK REAL RREQ RREP RERR RTS SAP SFD SIFS SNAP TIM TKIP TMIM TSF UNII VINT WAN WEP WIFI WiMAX WLAN WMAN Multipoint Relays Multipoint Relays Selector Network Animator Net Allocation Vector Network Simulation Testbed Network Interface Card Non-Line-of-Sight Network Simulation Version 2.0 Orthogonal Frequency Division Multiplexing Optimized Link State Routing Point Coordination Function Physical Layer Convergence Procedure Physical Medium Dependent Physical Power Saving Poll Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Realistic and Large Route Request Route Reply Route ERRor Request To Send Service Access Point Start Frame Delimiter Short Interframe Space Sub-network Access Protocol Traffic Indication Map Temporal Key Integrity Protocol Traffic Map Indication Map Timing Synchronization Function Unlicensed National Information Infrastructure Virtual InterNetwork Testbed Wide Area Network Wired Encryption Privacy Wireless Fidelity World Interoperability for MicroAccess Wireless Local Area Network Wireless Metropolitan Area Network 12 WPAN WWAN WWiSE ZRP Wireless Personal Area Networks Wireless Wide Area Network WorldWide Spectrum Efficiency Zone Routing Protocol 82 + Packet info at MAC level: Trường ghi nhận thông tin lớp bắt đầu với ký hiệu "-M" đây: -Ma: Thời gian truyền gói tin -Md: Địa ethernet đích -Ms: Địa ethernet nguồn -Mt: Kiểu ethernet + Thơng tin gói tin “Mức ứng dụng” (Application level) Thơng tin gói tin mức ứng dụng bao gồm có kiểu ứng dụng ARP, TCP, kiểu giao thức định tuyến Ad hoc DSDV, DSR, AODV, … tìm thấy Trường bắt đầu với "-P" danh sách thẻ cho ứng dụng khác liệt kê đây: + P arp Giao thức phân giải địa Có nội dung với ARP đưa thẻ sau: -Po: ARP Yêu cầu hồi đáp (Request/Reply) -Pm: Địa nguồn lớp MAC -Ps: Địa nguông -Pa: Địa đích lớp MAC -Pd: Địa đích + P dsr Phần giao thức định tuyến Ad Hoc gọi định tuyến nguồn chủ động (Dynamic) Thông tin DSR trình bày thẻ sau đây: -Pn: Có nút qua -Pq: Cờ yêu cầu định tuyến -Pi: Số yêu cầu tuyến -Pp: Cờ đáp lại định tuyến (Reply) -Pl: Chiều dài thông tin đáp lại -Pe: src srcrouting->dst định tuyến nguồn -Pw: Cờ báo lỗi -Pm: Số lỗi -Pc: Báo cáo đến ai? -Pb: Lỗi liên kết từ linka->linkb + P cbr Hằng số tốc độ bit Thơng tin ứng dụng CBR trình bày thẻ sau: -Pi: Chỉ số -Pf: Bao nhiêu thời gian để pkt chuyển tiếp -Po: Số tối ưu trình chuyển tiếp + P tcp Thông tin luồng TCP đưa thẻ nhỏ sau: -Ps: seq number: số -Pa: ack number: số gói tin báo nhận -Pf: Bao nhiêu thời gian để pkt chuyển tiếp -Po: Chỉ số tối ưu chuyển tiếp  Nội dung trường ý nghĩa tệp vết mô theo giao thức định tuyến DSR sau: 83 s 606.210364161 _39_ RTR - 1306 DSR 44 [13a a 27 800] - [39:255 8:255 255 8] [0 0] [0 0 0->0] [1 39->10] - Kiểu kiện (Event type): Đây trường đầu tiên, mô tả kiểu kiện nói lên nút xảy kiện giá trị sau: s send (chỉ kiện gửi gói tin) r receive (chỉ kiện nhận gói tin) d drop (chỉ kiện gói tin) f forward (chỉ kiện chuyển tiếp gói tin) - Thời gian xảy kiện (time stamp) ví dụ 606.210364161: - Định danh nút (node id) phát sinh kiện _39_: - Trường nhận giá trị sau: RTR: Thông báo tuyến, AGT: Cho biết thông tin tầng giao vận, IFQ: Cho biết kiện hàng đợi ưu tiên - Định danh gói tin(id of this packet): 1306: - Tác nhân định tuyến theo (DSR): - Kích thước chung phần tiêu đề gói tin 44: - Nội dung lớp MAC [13a a 27 800]: 13a(=314 hệ thập phân): Chỉ định thời gian truyền thơng ( ý kích thước gói tin = 44 bytes, 314 giây?) a: Nghĩa nút nhận = 10 (của hệ 10) 27: Nghĩa nút gửi 39 (của hệ 10) 800: Tiêu để gói tin IP: 0x0800, (ETHERTYPE_ARP 0x0806) - Nội dung gói tin IP [39:255 8:255 255 8]: 39: Địa nguồn src address 0.0.0.39 255: Số hiệu cổng nguồn 8: Địa đích 0.0.0.8 255: Số hiệu cổng đích 255: Time to Live (TTL:) gói tin 8: Số chặng tồn (Next Hop) - Nội dung DSR [0 0] [0 0 0->0] [1 39->10]: 2: Số địa num_addrs() [0 0]:Tùy chọn tuyến yêu cầu giá trị bằng: không yêu cầu tuyến nhãn cho số [0 0 0->0] Tùy chọn tuyến trả lời: [ " route-reply?" "Rreq seqno" "reply length" "dst of src route", "src of the src route"] - Mô tả lỗi tuyến [1 39->10], 1: 1: Số tuyến lỗi 84 8: Cảnh báo nút 39->10: liên kết từ nút 39 đến nút 10 bị hỏng 4.4 Các công cụ xử lý sau mô 4.4.1 Sử dụng Grep Grep lệnh Unix|Linux, thuật ngữ viết tắt của: “Global Regular Expression Parser” Grep lọc, tìm hiển thị dịng kết lệnh có chứa mẫu (pattern) mà người sử dụng Cách 1: L ọc đ ầ u r a chương trình khác Cú pháp lệnh: | grep Ví dụ: cat DSDV_30.tr |grep "^s" |grep "_12_" ;Hiển thị kiện gửi liệu nút có id=_12_ file DSDV_50.tr cat DSDV_30.tr |grep "^s" |grep "_8_" |wc -l ;Đếm số kiện gửi nút id=_8_ file DSDV_50.tr Cách 2: lọc file Cú pháp sau: grep Ví dụ: grep " tcp "tr1.tr > tr2.tr ;Sao chép tất dịng có chuỗi " tcp " từ file tr1.tr sang file tr2.tr grep "^r" tr1.tr > tr2.tr ;Sao chép tất dịng có ký hiệu "r" từ file tr1.tr sang file tr2.tr grep "^s" simple.tr | grep "tcp 1020" > tr3.tr ;Sao chép tất dịng có ký hiệu "s" có chuỗi "tcp 1020" từ file simple.tr sang file tr3.tr 4.4.2 Xử lý file liệu với Awk AWK ngôn ngữ lập trình sáng tạo người Alfred Aho, Peter Weinberger, and Brian Kernighan; chữ đầu tên (last name) người ghép lại đặt làm tên cho ngơn ngữ họ Chương trình awk tích hợp Linux ứng dụng GNU ngơn ngữ lập trình awk Awk cho phép xử lý thông tin chứa file liệu như: hiển thị phần tồn file, trích chọn để hiển thị dòng, cột trường theo tiêu chuẩn rõ − Có thể phân tích văn để tính tần suất word v.v − Chuẩn bị báo cáo đưa có định dạng, dựa thông tin file − Lọc văn theo cách thức mạnh − Thực tính tốn thơng tin số file Ví dụ kịch awk tính tổng giá trị cột file BEGIN { FS = "\t"} { nl++} {s=s+$4} END {print "average:" s/nl} 4.4.3 Xử lý file liệu với Perl Perl viết tắt “Practical Extraction and Report Language”, cho phép lọc xử lý dễ dàng với file liệu ASCII unix Perl ngơn ngữ lập trình thơng dịch phát triển Larry Wall Perl có số ưu điểm sau: 85 - Dễ dàng triển khai chương trình nhỏ để sử dụng cho lọc, trích rút thơng tin từ tệp text - Perl sử dụng nhiều hệ điều hành khác mà khơng phải thay đổi mã - Bảo trì gỡ rối chương trình, kịch Perl đơn giản ngôn ngữ khác - Perl thông dụng tồn nhiều tài liệu, kịch mạng 4.3.5 Vẽ đồ thị với gnuplot [26] Gnuplot phần mềm hỗ trợ miễn phí chạy Windows Unix|Linux Gnuplot cho phép thực vẽ nhiều đồ thị biểu đồ, liệu dầu vào file văn có nhiều cột, ta cần cột chứa số liệu vẽ đồ thị Sử dụng Gnuplot tổng hợp, so sánh kết nhiều file liệu biểu đồ, điều thuận lợi cho việc nghiên cứu 4.3.6 Vẽ đồ thị với xgraph [27] Xgraph tiện ích dùng để vẽ đồ thị, kèm NS Dữ liệu đầu vào file dạng văn bản, dòng cặp số liệu có dạng “x y” cho điểm đồ thị 4.3.7 Tổng hợp liệu với Trace graph [23]-[24]-[25] Tác giả Trace graph Jaroslaw Malek (Copyright (c) 2001-2003 by Wroclaw University of Technology, Poland) TraceGraph phần mềm mã nguồn mở tự (hiện thương mại hoá cho phiên đời từ năm 2004), có khả vẽ đồ thị dựa thư viện đồ hoạ MathLab, phân tích hiển thị kết mô tốt (dữ liệu đầu vào tệp vết) Trace graph có phiên chạy Windows phiên chạy Linux/Unix (?) Sử dụng TraceGraph ta muốn nhanh chóng phân tích, tổng hợp liệu vẽ đồ thị cho kết mô NS-2, người chưa thành thạo Linux/Unix cơng cụ phân tích, hiển thị đồ hoạ grep, awk, perl, xgraph, gnuplot, tìm sử dụng cơng cụ Các thơng tin Trace graph tìm thấy địa xem 4.5 Mô mạng Ad hoc theo chuẩn IEEE 802.11 4.5.1 Thiết lập topo mạng Ad hoc Để thiết lập mơ hình mơ mạng Ad hoc xây dựng kịch mô bao gồm 50 nút (mỗi nút tạo theo cấu trúc trên), nút thiết lập vị trí ngẫu nhiên vùng 2000m x 2000m với vùng phủ sóng trạm 250m Trên trạm có gắn thực thể truyền thơng CBR (Constrant Bit Rate) FPT dựa giao thức tầng giao vận UDP TCP với kích thước gói tin 1500 bytes tốc độ phát CBR không đổi 100 bps, phát đến trạm kết nối theo mô Để đánh giá hiệu hoạt động giao thức định tuyến thực đánh giá dựa vào tải đưa vào mạng với việc đánh giá thông số gồm thông lượng (throughput), độ trễ (delay), độ thăng gián (jitter) tỉ lệ gói tin 86 (packet loss ratio) Thời gian mô dành cho toàn kịch 30 phút, tham số tải đưa vào mạng giao thức định tuyến Do đặc thù mạng Ad Hoc topo mạng động, băng thông hạn chế, khả liên kết nút mạng thay đổi, lên việc phân tích hiệu giao thức định tuyến mạng Ad Hoc ta cần xét đến đặc tính như: độ lớn mạng thể số nút mạng, nút mạng kết nối thông qua số lượng nút hàng xóm nó, q trình thay đổi cấu hình vật lý mạng theo thời gian (do nút di chuyển mạng hoạt động) dạng truyền thơng mạng đồng dạng, khơng đồng dạng bùng phát Đây mức độ tải mạng 4.5.2 Thực mô Sau xây dựng script mô cho bốn giao thức, ta thực mô theo giao thức định tuyến cách chọn giao thức định tuyến cần mô thực lệnh sau: ns dsdv_aodv_dsr_olsr_09.tcl  ta hình nam mơ sau: Hình 4.6: Đồ hình mơ 50 node mạng ah hoc Mỗi giao thức sau mô ta có tệp vết ghi lại tồn kiện xảy mạng dựa vào tệp vết ta sử dụng mã script perl để đánh giá hiệu cho giao thức 87 4.5.3 Đánh giá hiệu giao thức mạng Để đánh giá hiệu hoạt động giao thức mạng thực đánh giá thông số gồm thông lượng (throughput), độ trễ (delay), thăng giáng đ ộ t r ễ (jitter) tỉ lệ gói tin (packet loss ratio) theo kết nối TCP lưu lượng vận chuyển FTP kết nối UDP luồng sinh lưu lượng không đổi CBR (Constant Bit Rate), giao thức thực tren kịch mô phỏng, nghĩa đồ hình mạng nhau, trình di chuyển nút thời gian mô nút với tải đưa vào mạng để đánh giá hiệu giao thức định tuyến Ứng với giao thức định tuyến cho ta kết đánh giá thông qua biểu đồ 4.5.3.1 Thông lượng trung bình Thơng lượng trung bình tồn mạng tính tổng thơng lượng trung bình kết nối Thơng lượng trung bình kết nối tổng kích thước gói tin nhận chia cho thời gian truyền lưu lượng qua kết nối Thông lượng trung bình kết nối (Mbps) = Tổng (Kích thước gói tin) / (Thời gian gian nhận gói tin cuối - Thời gian gửi gói tin đầu tiên) (Mbps) Hình 4-7: Thơng lượng trung bình tồn mạng Đồ thị biểu thị thơng lượng trung bình giao thức định tuyến khác suốt khoảng thời gian mơ Trục hồnh biểu thị khoảng thời gian mơ phỏng, khoảng thời gian mơ tính giây, trục tung biểu diễn thơng lượng trung bình toàn mạng, (bao gồm tất kết nối, tất thực thể có tham gia vào q trình truyền thơng) theo đơn vị tính mêgabít Vậy biểu đồ biểu diễn thơng lượng trung bình theo Mbps Nhìn vào biểu đồ ta thấy thơng lượng trung bình vào thời gian đầu mô giao thức đạt 3Mbps, vào thời gian tải đưa vào mạng chưa cao Sau 88 giao thức vào ổn định Giao thức DSR đạt hiệu cao nhất, thơng lượng 10Mbps, Cịn giao thức AODV đạt thơng lượng trung bình cao xấp xỉ ngưỡng 6Mbps, OLSR ổn định mức 4Mbps giao thức DSDV có thơng lượng trung bình thấp mức 3Mbps 4.5.3.2 Độ trễ trung bình Độ trễ trung bình tồn mạng tính tổng độ trễ kết nối Độ trễ trung bình kết nối tổng độ trễ gói tin gửi thành cơng chia cho tổng số lượng gói tin nhận Độ trễ trung bình kết nối = Tổng(Thời gian nhận gói tin – thời gian gửi gói tin) / Số gói tin nhận Độ trễ trung bình tồn mạng = Tổng (Độ trễ trung bình kết nối) Hình 4-8: Độ trễ trung bình tồn mạng Trục hồnh biểu đồ biểu diễn số gói tin truyền được, trục tung biểu diễn độ trễ truyền thơng tính theo giây Nhìn vào biểu đồ ta thấy độ trễ trung bình giao thức AODV có giá trị cao nhất, đạt đến gần 800 giậy 500 gói tin Độ trung bình giao thức DSR giao thức DSDV tăng theo số lượng gói tin truyền mạng Giao thức OLSR giao thức có độ trễ thấp nhất, đạt 100 giây gần 3500 gói tin khơng táng nhiều số lượng gói tin truyền mạng tăng cao 4.5.3.3 Thăng giáng độ trễ trung bình Thăng giáng độ trễ so với độ trễ trung bình hay cịn gọi biến đổi độ trễ so với độ trễ trung bình, tính mức độ chênh lệch so với độ trễ trung bình Thăng giáng độ trễ trung bình = Độ trễ gói tin mạng / Độ trễ trung bình tồn mạng 89 Hình 4-9: Thăng giáng độ trễ trung bình tồn mạng Nhìn vào biểu đồ ta thấy thăng giáng độ trễ so với độ trễ trung bình giao thức DSDV, DSR,OLSR ổn định mức 50 giây cho tồn gói tin truyền mạng, với giao thức AODV có thăng giáng độ trễ so với độ trễ trung bình có khoảng lên tới 100 giây sau dần vào ổn định 100 giây 4.5.3.4 Tỷ lệ gói tin Tỷ lệ gói tin tồn mạng tính tổng số gói tin gửi trừ số gói tin nhận chia cho số gói tin gửi tính theo đơn vị thời gian Tỉ lệ gói tin = Tổng (Số gói tin gửi – Số gói tin nhận được) / Số gói tin gửi (%) Hình 4-10: Tỷ lệ gói tin tồn mạng 90 Thơng số biểu đồ trục hồnh diễn tả thời gian mơ phỏng, trục tung biểu diễn tỷ lệ gói tin tính theo đơn vị phần trăm Nhìn vào biểu đồ ta thấy tỷ lệ gói tin giao thức AODV có tỷ lệ gói tin tăng đột biến vào khoảng thời gian từ 25 đến 30 giây cuối cịn tỷ lệ gói tin trung bình giao thức OLSR, DSDV, DSR đạt gần xấp xỉ khoảng từ 1% đến 1,5% OLSR có tỷ lệ gói tin thấp Như đánh giá hiệu chung giao thức ta nhận thấy: - Với giao thức DSR giao thức AODV có thơng lượng cao bốn giao thức nhiên có độ trễ cao tăng theo số lượng gói tin truyền mạng tỷ lệ gói tin cho tồn mạngcó thời điểm cao vút - Giao thức DSDV OLSR hai giao thức có thơng lượng trung bình mức độ vừa phải với OLSR gần 5Mbps, DSDV thấp nhiên lại có độ trễ trung bình tỷ lệ gói tin toàn mạng lại thấp 4.5.4 Đánh giá tuyến đường thiết lập thời gian mô Để đánh giá tuyến thiết lập vào thời điểm khác theo giao thức, ta dựa vào tệp kết mơ để tìm tuyến di chuyển nút làm hỏng tuyến từ nút nguồn phải tìm tuyến Kết mô tuyến đường từ nút đến nút 23 theo giao thức DSDV khoảng thời gian 10 giây đầu ta được: tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSDV_50.tr 23 10 Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 10 > 27 > 18 > > 23 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSDV_50.tr 23 20 Vào 15.00000 (s) node di chuyển từ: (850.00, 950.00, 0.00), đến: (910.00, 730.00), vận tốc:200.00 (m/s) Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: Do nút di chuyển vào giây thứ 15 lên tuyến đường cũ bị hỏng, DSDV xá lập lại tuyến mới: > 27 > 18 > > 23 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSDV_50.tr 23 30 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) lên tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài DSDV xác lập lại: > 25 > 23 Đánh giá tuyến đường theo giao thức AODV: tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _AODV_50.tr 23 10 Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 27 > 18 > > 23 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _AODV_50.tr 23 20 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) AODV xác lập lại tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 25 > 23 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _AODV_50.tr 23 30 91 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) Ta thấy nút 25 di chuyển lằm khoảng truyền thông nút 23 lên tuyến giữ nguyên suốt thời gian mô > 25 > 23 Đánh giá tuyến đường theo giao thức OLSR: tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _OLSR_50.tr 23 10 Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 27 > 18 > > 23 Ta thấy theo giao thức OLSR, khoảng 10 giây khơng khác so với hai giao thức trước AODV DSDV tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _OLSR_50.tr 23 20 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 25 > 23 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _OLSR_50.tr 23 30 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) nút 25 có di chuyển nằm phạm vi truyền sóng nút 23 lên OLSR xác lập tuyến có độ dài bằng: > 25 > 23 Đánh giá tuyến đường theo giao thức DSR tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSR_50.tr 23 10 Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 27 > 18 > > 23 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSR_50.tr 23 20 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 25 > 23 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSR_50.tr 23 30 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) Tuyến đường từ nút đến nút 23 có độ dài bằng: > 25 > 23 Cuối ta thấy với giao thức DSR giống DSDV hay AODV hay OLSR giao thức trước Tuy nhiên kết mô lại khác ta thay đổi liên kết: tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSR_50.tr 12 29 10 Tuyến đường từ nút 12 đến nút 29 có độ dài bằng: 12 > > 44 > 20 > 23 > 35 > 33 > 19 > 29 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSR_50.tr 12 29 30 Khơng tìm thấy tuyến từ 12 đến 29 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSDV_50.tr 12 29 10 92 Tuyến đường từ nút 12 đến nút 29 có độ dài bằng: 12 > > 44 > 20 > 23 > 35 > 33 > 19 > 29 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSDV_50.tr 12 29 20 Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) Vào 15.00000 (s) node 19 di chuyển từ: (1400.00, 850.00, 0.00), đến: (1300.00, 580.00), vận tốc:300.00 (m/s) Tuyến đường từ nút 12 đến nút 29 có độ dài bằng: 12 > > 44 > 15 > 25 > 19 > 29 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _DSDV_50.tr 12 29 30 Vào 6.00000 (s) node di chuyển từ: (250.00, 600.00, 0.00), đến: (1450.00, 50.00), vận tốc:50.00 (m/s) Vào 15.00000 (s) node 19 di chuyển từ: (1400.00, 850.00, 0.00), đến: (1300.00, 580.00), vận tốc:300.00 (m/s) Tuyến đường từ nút 12 đến nút 29 có độ dài bằng: 12 > > 24 > 19 > 29 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _AODV_50.tr 12 29 10 Tuyến đường từ nút 12 đến nút 29 có độ dài bằng: 12 > > 44 > 20 > 23 > 35 > 33 > 19 > 29 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _AODV_50.tr 12 29 20 Vào 6.00000 (s) node di chuyển từ: (250.00, 600.00, 0.00), đến: (1450.00, 50.00), vận tốc:50.00 (m/s) Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) Vào 15.00000 (s) node 19 di chuyển từ: (1400.00, 850.00, 0.00), đến: (1300.00, 580.00), vận tốc:300.00 (m/s) Tuyến đường từ nút 12 đến nút 29 có độ dài bằng: 12 > > 25 > 19 > 29 tannd@tannd-laptop: ~/Desktop/NS2 $ perl routerlist.pl _OLSR_50.tr 12 29 20 Vào 6.00000 (s) node di chuyển từ: (250.00, 600.00, 0.00), đến: (1450.00, 50.00), vận tốc:50.00 (m/s) Vào 9.00000 (s) node 25 di chuyển từ: (1350.00, 1250.00, 0.00), đến: (950.00, 100.00), vận tốc:100.00 (m/s) Vào 15.00000 (s) node 19 di chuyển từ: (1400.00, 850.00, 0.00), đến: (1300.00, 580.00), vận tốc:300.00 (m/s) Tuyến đường từ nút 12 đến nút 29 có độ dài bằng: 12 > > 25 > 19 > 29 Bây ta thấy vào cuối thời gian mô kết khám phá tuyến DSDV, DSR, AODV, OLSR lại khác mà AODV DSDV, OLSR lại tìm tuyến tối ưu cịn DSR khơng tìm 4.6 Tóm tắt chương Chương thực xây dựng chương trình mơ đánh giá mạng vô tuyến Ad Hoc với 50 nút tham gia kết nối mạng tác giả thực mô kết 93 nối thực truyền liệu dựa giao thức truyền có kết nối, điều khiển cửa sổ trượt TCP giao thức truyền không kết nối UDP dựa theo mơ hình truyền khơng đổi cbr Sau mơ luận văn trình bày biểu đồ biểu thị thơng lượng trung bình tồn mạng, điộ trễ trung bình, thăng giáng độ trễ so với độ trễ trung bình, tỷ lệ gói tin liệt kê tuyến Từ chương trình mơ này, tác giả mong muốn phần giải yêu cầu đặt toán 94 KẾT LUẬN Mạng vô tuyến Ad Hoc mạng mà nút mạng tổ chức cách ngang hàng với nhau, nghĩa mạng khơng có máy chủ, khơng có định tuyến lên nút mạng vừa máy chủ, vừa máy khách, lại vừa định tuyến, nút mạng cần có tính tự tổ chức, tự thích ứng trạng thái, đồ hình mạng thay đổi gia nhập mạng nút mới, trình ngắt bỏ kết nối, Hơn đặc thù mạng Ad Hoc nút chủ yếu sử dụng lượng pin để trì trình hoạt động mạng sử dụng giao thức định tuyến để hệ thống tốn lượng hoạt động hiệu vấn đề cần quan tâm Đề tài luận văn tốt nghiệp "Định tuyến mạng Ad Hoc vô tuyến" chủ đề Việt Nam, chưa nhiều người khai thác, ứng dụng Để đạt mục tiêu đề gia, tác giả tìm hiểu nghiên cứu dùng mô để đánh giá hiệu mạng Cấu trúc luận văn chia thành bốn chương trình bày vấn đề mạng vơ tuyến có sở hạ tầng, mạng vơ tuyến khơng có sở hạ tầng Ad Hoc Trình bầy mơ hình truyền thông, kỹ thuật điều chế tầng vật lý với chức điều khiển truy nhập môi trường truyền MAC chuẩn dùng cho mạng vô tuyến Ad Hoc Chương 3, luận văn trình bầy chi tiết giao thức định tuyến dùng mạng vô tuyến Ad Hoc, tác giả đưa trình nghiên cứu bốn giao thức định tuyến thông dụng OLSR, AODV, DSR DSDV, giao thức định tuyến thông dụng dùng mạng vô tuyến Ad Hoc đặc trưng cho hai phương pháp định tuyến giao thức định tuyến điều khiển theo bảng ghi, giao thức định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn định tuyến lai ghép Để làm rõ đánh giá hiệu hoạt động giao thức trên, tác giả tiến hành mô để đánh giá hiệu hoạt động giao thức Thông qua kết mơ ta thấy ưu điểm khác giao thức, qua tùy vào mơ hình mạng cụ thể ta có lựa chọn tốt cho nhu cầu ứng dụng Như trình bầy, mạng vơ tuyến Ad Hoc nhiều thách thức mặt cơng nghệ cần giải quyết, vấn đề định tuyến đường cho gói tin truyền mạng vấn đề quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu hoạt động mạng vô tuyến Ad Hoc Hướng nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá hiệu mạng vô tuyến Ad Hoc sử dụng giao thức định tuyến ZRP, ABR, CGSR, SSR, - Nghiên cứu, xây dựng triển khai vấn đề an ninh cho mạng vô tuyến Ad Hoc - Nghiên cứu, xây dựng triển khai hệ thống dự báo thời tiết, cứu hộ, cứu nạn, hệ thống cảnh báo xâm nhập trái phép vào vùng biên giới quốc gia sử dụng mạng vô tuyến Ad Hoc 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Đình Việt (2008), Bài giảng đánh giá hiệu mạng máy tính, Trường Đại học Công nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội Tiếng Anh AndreaGoldsmith (2005), Wireless Communication, Cambridge University Charles E Perkins and P Bhagwat (1994), Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing (DSDV) for Mobile Computers, SIGCOMM ’94: Computer Communications Review, 24(4), 234–244, October 1994 Dharma Prakash Agrawal-Qing-An Zeng (2006), Introduction to Wirreless and Mobile Systems Jochen H.Schiller (2000), Mobile Communication, Addison Wesley Martin Sauter (2006), Communication Systems for the Mobile Information Society, John Wiley & Sons Lt Matthew Gast (2002), 802.11 Wireless Networks The Definitive Guide, O'Reill Michel Barbeau and Evangelos Kranakis(2007), Principles of Ad Hoc Networking, John Wiley & Sons Ltd P Nicopolitidis, M S Obaidat, G I Papadimitriou and A S Pomportsis (2003), Wireless NetWorks, John Wiley & Sons Ltd 10 Stefano Basagni, Macro Contisilvia giordano and Ivan Stojmenovic (2004), Mobile Ad Hoc Networking, John Wiley & Sons 11 Subir Kumar Sarkar, T G Basavaraju, C Puttamadappa(2008), Ad Hoc Mobile Wireless Networks Principles, Protocols and Applications, Taylor & Francis Group 12 T.S Rappaport (1996), Wireless communications, principles and practice, Prentice Hall 13 Vijay K Garg(2007), Wireless Communication and NetWorking, Morgan Kaufmann Publishers 14 http://stargazer.bridgeport.edu/sed/fcourses/cpe481/Lectures 15 http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html 16 http://www.ietf.org/rfc/rfc2501.txt 17 http://www.isi.edu/nsnam/vint/ 18 http://users.crhc.illinois.edu/nhv/ 19 Kevin Fall and Kannan Varadhan (2005), http://www.isi.edu/nsnam/ns/nsdocumentation.html 20 http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/Main_Page 21 http://www.cs.binghamton.edu/~nael/cs527/notes 22 http://www.geocities.com/tracegraph/ 23 http://tower.t16.ds.pwr.wroc.pl/~wido/tracegraph.php 24 http://brylant.ists.pwr.wroc.pl/~jmalek/tracegraph.php 96 25 http://www.gnuplot.info/ 26 http://www-mash.cs.berkeley.edu/vint/xgraph ... 49 CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC 51 3.1 Giới thiệu định tuyến mạng Ad hoc [9]-[10]-[11]-[12] 51 3.2 Các yêu cầu thuật tốn định tuyến cho mạng Ad hoc khơng dây 52 3.2... cứu giao thức định tuyến tầng trên, tầng mạng 51 CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC 3.1 Giới thiệu định tuyến mạng Ad hoc [9]-[10]-[11]-[12] Trong hệ thống mạng, yếu tố ảnh hưởng... quát lịch sử phát triển mạng Ad hoc công nghệ sử dụng mạng vô tuyến Ad hoc vấn đề định tuyến mạng Ad hoc vấn đề đáng quan tâm định trực tiếp đến hiệu mạng, vấn đề làm định hướng cho việc nghiên