Định tuyến trong mạng ad hoc (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN MINH THÀNH ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 60.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2017 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ NGỌC THÚY Phản biện 1: ………………………… Phản biện 2: …………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông LỜI MỞ ĐẦU Sự đời kỹ thuật số đẩy nhanh phát triển công nghệ ứng dụng chúng vào lĩnh vực đời sống hàng ngày đặc biệt truyền thông công nghệ thông tin Khi sống người ngày phát triển nhu cầu trao đổi thơng tin ngày cao, người muốn kết nối với giới lúc nào, từ đâu mà không cần dây dẫn Đó lý mạng vơ tuyến đời Ngày nay, mạng không dây đời sống người ngày đóng vị trí quan trọng Trong số mạng không dây, mạng Ad hoc quan tâm cách đặc biệt Khơng giống mạng có dây truyền thống hay mạng khơng dây có sở hạ tầng, với tính linh động cao, dễ dàng thiết lập nên mạng Ad hoc ứng dụng nhiều lĩnh vực xã hội Trong đó, vấn đề định tuyến mạng Ad hoc vấn đề quan trọng, nghiên cứu nhiều ảnh hưởng lớn đến hiệu suất mạng Với mục đích đưa tiến cơng nghệ vào phục vụ cho sống, xin chọn đề tài “Định tuyến mạng Ad hoc” Để tiện theo dõi, nội dung chương khái quát lại sau: - Chương 1: Tổng quan mạng vô tuyến Ad hoc, đời, khái niệm đặc điểm chung Ad hoc, số mạng Ad hoc điển hình ứng dụng - Chương 2: Định tuyến mạng Ad hoc, nêu yêu cầu, phân loại thuật toán định tuyến giao thức định tuyến mạng Ad hoc - Chương 3: Đánh giá hiệu giao thức mạng AD hoc, đánh giá hiệu giao thức AODV, DSDV, DSR mô NS2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC 1.1 Sự đời phát triển mạng không dây Các mốc hình thành phát triển mạng khơng dây: 1887 1893 Heinrich Rudolf Hertz tạo sóng điện từ Ơng chứng minh thuyết Maxwell thơng qua thực nghiệm Nikola Tesla truyền thành cơng sóng radio 1915 Truyền thành cơng sóng vơ tuyến vượt Đại Tây Dương từ Arlington Virginia tới Pháp Tháp Eiffel sử dụng để đặt anten thu tín hiệu 1895 1931 Sóng FM phát triển Edwin H Armstrong sử dụng rộng rãi để truyền thông tin qua sóng vơ tuyến Guglielmo Marconi: Lần lịch sử, dấu chấm (tức chữ S bảng ký tự Morse) truyền qua không gian với khoảng cách 3km sóng điện từ 1982 , 1991 -1982: Hội nghị CEPT thống chọn GSM để phát triển thành tiêu chuẩn cho hệ thống điện thoại di động sử dụng khắp châu Âu - 1991: Các mạng GSM đưa Radiolinja Phần Lan với kỹ thuật bảo dưỡng sở hạ tầng chung từ Ericsson 1997 1998, 1999 2001 Chuẩn IEEE 802.11 (WiFi) tạo ra, với tốc độ tối đa 2Mb/s -1998: Công nghệ Bluetooth phát triển Ericsson, sau chuẩn hố Bluetooth Special Interest Group (SIG) Chuẩn IEEE 802.16 phát hành Chuẩn biết đến tên WIMAX - 1999: Chuẩn 802.11b phát hành cho tốc độ tối đa lên 11Mb/s -20/5/1999: Chính thức phát hành chuẩn Bluetooth 1.0 2003 - Chuẩn 802.11g phát hành với tốc độ tối đa lên tới 54 Mb/s - Bluetooth 1.2 công bố 2004, 2009 *2004: - Phiên chuẩn 802.16 bổ sung, hoàn thiện chuẩn WIMAX - Phát hành Bluetooth 2.0 chuẩn *2009: - Chuẩn 802.11n phát hành cho phép tốc độ truyên thông tối đa lên tới 150 Mb/s 2010 Liên minh Wi-Fi Gigabit không dây đạt thỏa thuận cho phép Wi-Fi hoạt động dải tần 60 Ghz nhằm cải thiện tốc độ truyền liệu Các chuẩn Wi-Fi hoạt động dải tần từ 2.4 GHz đến GHz  Tốc độ Wi-Fi tăng 10 lần so với tốc độ Khái niệm đặc điểm chung mạng Ad hoc Mạng Ad Hoc mạng bao gồm thiết bị di động (máy tính có hỗ trợ card mạng khơng dây) thiết bị PDA hay điện thoại thông minh(smart phone) tập trung lại khơng gian nhỏ để hình thành lên kết nối ngang hàng (peer-to-peer) chúng Các thiết bị trao đổi thơng tin trực tiếp với nhau, không cần phải thông qua máy chủ (server) quản trị mạng Mạng Ad Hoc mạng mà nút mạng tự thiết lập, tự tổ chức tự thích nghi có nút gia nhập mạng, nút mạng cần có chế phát nút gia nhập mạng, thông tin nút cập nhật vào bảng định tuyến nút hàng xóm gửi Khi có nút khỏi mạng, thơng tin nút xóa khỏi bảng định tuyến hiệu chỉnh lại tuyến, Mạng Ad Hoc có nhiều loại thiết bị khác tham gia mạng lên nút mạng phát khả kết nối thiết bị, mà phải phát loại thiết bị đặc tính tương ứng loại thiết bị (vì thiết bị khác có đặc tính khác ví dụ như: khả tính tốn, lưu trữ hay truyền liệu mạng, ) Mạng Ad hoc coi mạng ngang hàng khơng dây, mạng khơng có máy chủ Các thiết bị vừa máy khách, vừa làm nhiệm vụ router vừa làm máy chủ Vấn đề sử dụng trì lượng cho nút mạng mạng Ad hoc vấn đề đáng quan tâm nút mạng mạng Ad hoc thường dùng pin để trì hoạt động Tính bảo mật truyền thơng mạng Ad hoc không cao truyền thông không gian sử dụng sóng vơ tuyến(radio) lên khó kiểm sốt dễ bị cơng so với mạng có dây nhiều Việc thiết lập mạng Ad hoc thực nhanh chóng dễ dàng nên chúng thường thiết lập để truyền thông tin với mà không cần phải sử dụng thiết bị hay kỹ đặc biệt Vì mạng Ad hoc thích hợp cho việc truyền thơng tin nút hội nghị thương mại nhóm làm việc tạm thời Tuy nhiên chúng có nhược điểm vùng phủ sóng bị giới hạn, người sử dụng phải nằm vùng “nghe” lẫn Hình 1.1: Mơ hình mạng không dây Ad hoc 1.2 Một số mạng Ad hoc điển hình Hình 1.2: Mạng Ad hoc điển hình Hình mơ tả mạng Ad hoc đơn giản gồm có nút, nút mạng ký hiệu từ N1 đến N7 Nhìn vào hình vẽ dễ dàng thấy được: thời điểm t1, liên kết từ N1 đến N2, N1 đến N4, N2 đến N3, N4 đến N5, N3 đến N7, N2 đến N6 N6 đến N7 liên kết mạnh (good link), liên kết từ N4 đến N1, N6 đến N2, N5 đến N4 N7 đến N3 những liên kết yếu (weak link) Như đặc điểm mạng Ad Hoc thể rõ Đó liên kết nút mạng mạng khơng giống dù có chung điểm đầu điểm cuối Hiện tượng gọi tượng liên kết hai chiều không đối xứng Liên kết từ N4 đến N5 liên kết mạnh liên kết từ N5 đến N4 lại liên kết yếu Điều vị trí an-ten nút mạng khác nhau, lượng phát nút mạng mạng khác Tương tự thấy N3 nhận tín hiệu từ N2 liên kết mạnh mà N2 lại không thu tín hiệu từ N3 Sang đến thời điểm t2, lúc topo mạng thay đổi nút di chuyển đến vị trí khác liên kết nút mạng thay đổi theo Lúc này, N1 có liên kết mạnh với N2, liên kết với N4 lại liên kết yếu N1 khơng cịn thu tín hiệu từ N4 Liên kết từ N2 đến N3 N6 lại liên kết mạnh Lúc này, N2 thu tín hiệu từ N3 liên kết yếu Điều thời điểm t1 khơng có Mặt khác thấy hai nút mạng nằm vùng phủ sóng truyền thơng trực tiếp cho Ví dụ thời điểm t1, việc truyền thông hai nút mạng N1 N4 trực tiếp với Tuy nhiên không nằm vùng phủ sóng nút mạng hồn tồn thực việc truyền thơng với thơng qua nút mạng trung gian Ví dụ N1 thực truyền liệu cho N7 thơng qua nút mạng trung gian N2 N3, N6 truyền liệu cho N1 thơng qua nút mạng N2 1.3 Các ứng dụng mạng Ad hoc - Đáp ứng nhu cầu truyền thơng mang tính chất tạm thời - Hỗ trợ xảy thiên tai, hỏa hoạn dịch họa - Đáp ứng truyền thông nơi xa trung tâm, vùng sâu, vùng xa Tính hiệu quả: Trong số ứng dụng đó, sử dụng dịch vụ mạng có sở hạ tầng khơng có hiệu cao việc dùng mạng Ad hoc Ví dụ với mạng có sở hạ tầng, điều khiển điểm truy cập mạng nên nút mạng muốn truyền thông với phải thông qua Ngay hai nút mạng gần nhau, chúng trực tiếp truyền thông với mà phải chuyển tiếp qua điểm truy cập trung tâm(Acess Point) Điều gây lãng phí thời gian băng thơng mạng Trong đó, sử dụng mạng Ad Hoc việc truyền thông hai nút mạng lại trở lên vơ dễ dàng nhanh chóng Hai nút mạng gần truyền thông trực tiếp với mà không cần phải thông qua thiết bị trung gian khác 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương phản ánh khái quát mạng Ad hoc đưa mơ hình ứng dụng Vấn đề định tuyến mạng Ad hoc vấn đề đáng quan tâm định trực tiếp đến hiệu mạng, định hướng nghiên cứu cho chương CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC 2.1 Giới thiệu định tuyến mạng Ad hoc Đối với mạng khơng dây có sở hạ tầng, việc truyền thông nút mạng mạng phụ thuộc nhiều vào trạm sở (còn gọi AP) Các nút mạng muốn liên lạc với phải nằm vùng phủ sóng trạm sở (nếu nút mạng mà nằm vùng phủ sóng trạm sở khơng thể liên lạc với nút mạng khác) Nhưng với mạng Ad hoc lại khác, mạng Ad hoc khơng có trạm sở, nút mạng vừa mạng ngang hàng, vừa mạng không dây Các nút mạng dù nằm ngồi hay nằm vùng phủ sóng liên lạc với thơng qua nút mạng trung gian Do đó, việc tìm nút mạng trung gian để truyền gói tin nút mạng đầu nút mạng cuối quan trọng toán tiêu biểu nghiên cứu mạng Ad Hoc Ngồi ra, có số đặc điểm khác biệt mạng Ad Hoc so với mạng khác nút mạng di động, dẫn đến topo mạng bị thay đổi; băng thông mạng thay đổi liên tục, tốc độ truyền tín hiệu mạng phụ thuộc nhiều vào tính chất vật lý nút mạng, giao diện mạng khoảng cách nút mạng Chính đặc điểm làm cho việc thiết kế giao thức định tuyến cho mạng Ad Hoc tốn khó (Strong NP-Hard) Bởi giao thức định tuyến thiết kế cần xét đến tính sau: Điều khiển tối đa: Điều khiển tin nhắn, tài nguyên xử lý, lượng cho trình truyền nhận liệu Tại độ rộng dải tần tài nguyên, giao thức định tuyến không nên gửi nhiều tin nhắn cần cho thao tác số thiết kế tương đối nhỏ Trong truyền tiêu tốn lượng gần gấp hai lần nhận hai thao tác tiêu hao nguồn cho thiết bị lưu động Do giảm kiểm sốt liệu giúp dự trữ nguồn điện Hạn chế tối đa trình xử lý Các thuật tốn phức tạp địi hỏi chu trình xử lý quan trọng thiết bị Tại chu trình xử lý tạo thiết bị lưu động tiêu hao nhiều lượng nguồn Các giao thức nhỏ, nhẹ tối thiểu trình xử lý thiết bị lưu động dự trữ điện nhiều cho thao tác định hướng người xử dụng kéo dài tuổi thọ nguồn pin Khả định tuyến đa chặng Tại q trình truyền thơng khơng dây nút di động thường xuyên bị hạn chế, nút nguồn đích khơng nằm vùng truyền trực tiếp Giao thức định tuyến phát đường truyền đặc biệt nguồn đích đến để việc truyền tin hai nút diễn bình thường Bảo trì đồ hình động Khi thiết lập đường truyền vài liên kết bị đứt chuyển động nút Để nguồn đến đích ln phải có tuyến đường độc lập, chí nút trung gian nút nguồn đích Hơn liên kết hỏng mạng Ad hoc thường xuyên lên liên kết bị hỏng đưa lên kênh điều khiển để nhanh chóng kết hợp xử lý Ngăn ngừa truyền lặp Lặp vòng định tuyến xảy nút dọc đường truyền chọn bước nhảy liền kề đích có nút khác xảy sớm đường truyền Khi có truyền lặp liệu gói liệu điều khiển ngang qua đường truyền nhiều lần, đường truyền sửa lại truyền lặp bị loại trừ, đến giá trị TTL Do độ rộng dải thông nhỏ, việc xử lý chuyển tiếp gói liệu tiêu tốn tài nguyên lên lặp vòng tuyến tiêu tốn nhiều nguồn tài nguyên gây thiệt hại cho mạng Thậm chí tuyến lặp vòng xảy chốc lát gây nguy hại cho mạng Do phải tuyệt đối tránh việc lặp vòng định tuyến 2.2 Các yêu cầu thuật tốn định tuyến cho mạng Ad hoc khơng dây - Thuật toán phải thiết kế cho phù hợp với tính động topo mạng liên kết bất đối xứng - Hoạt động phân tán: cách tiếp cận tập trung cho mạng Ad Hoc thất bại tốn nhiều thời gian để tập hợp thông tin trạng thái mạng để tính tốn lại phát tán lại cho nút mạng Trong thời gian đó, cấu hình mạng thay đổi nhiều - Tính tốn đến vấn đề lượng băng thông mạng: Do nút mạng có nguồn lượng hạn chế lên cần phải tính tốn đến vấn đề tiết kiệm lượng Giao thức định tuyến cung cấp yêu cầu bảo tồn lượng nút mạng Băng thơng mạng cần tính đến để tránh gây lãng phí băng thơng khơng cần thiết - Không để xảy tượng lặp định tuyến: Hiện tượng xảy phần nhỏ gói tin di chuyển lịng vịng quanh mạng khoảng thời gian Giải pháp đưa sử dụng đếm chặng gói tin Mỗi gói tin di chuyển đến nút mạng mới, đếm chặng tăng lên một, đến giá trị gói tin bị loại bỏ - Thiết lập vùng mạng nhỏ: Nếu giao thức định tuyến xác định nút mạng gần thiết lập chúng thành vùng mạng nhỏ thuận tiện định tuyến Nếu nút mạng đơn di chuyển nhanh vùng mạng lại ổn định Do đó, định tuyến vùng mạng đơn giản nhiều Giao thức định tuyến theo bảng ghi gọi giao thức chủ ứng (Proactive) Theo giao thức này, nút mạng ln trì bảng định tuyến thơng tin định tuyến đến tất nút khác mạng Thông tin định tuyến phát broadcast mạng theo khoảng thời gian quy định để giúp cho bảng định tuyến cập nhật thơng tin Chính vậy, nút nguồn lấy thơng tin định tuyến cần thiết Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu gọi giao thức phản ứng (Reactive) Theo phương pháp này, đường tạo có nhu cầu Khi nút u cầu tuyến đến đích, phải khởi đầu trình khám phá tuyến để tìm đường đến đích (Route Discovery) Q trình hồn tất tìm tuyến sẵn sàng tất tuyến khả thi kiểm tra Giao thức định tuyến kết hợp kết hợp hai chế giao thức định tuyến chủ ứng (Proactive) giao thức định tuyến phản ứng (Reactive) Trong giao thức định tuyến này, mạng chia thành vùng (zone) Mỗi nút trì thơng tin kiến trúc mạng vùng thơng tin vùng láng giềng Đều có nghĩa giao thức Hybrid sử dụng giao thức định tuyến phản ứng (Reactive) zone giao thức định tuyến chủ ứng (Proactive) cho nút mạng zone Do đó, đường nút zone lập mà không cần phải định tuyến ngồi zone, tiến trình khám phá đường trì đường sử dụng để tìm kiếm trì đường zone với 2.4 Một số giao thức định tuyến mạng Ad hoc 2.4.1 Định tuyến theo vectơ khoảng cách đích (DSDV - Destination Sequenced Distance Vector) Mỗi nút có thơng tin đường tới nút khác mạng dựa vào bảng định tuyến Bảng định tuyến gồm thông tin như: Địa IP đích, số trình tự đich, địa bước truyền kế tiếp, số bước truyền, thời gian thiết lập DSDV sử dụng bảng cập nhật định kỳ theo kiện, ứng với khoảng thời gian định nút gửi quảng bá cho nút kế cận số để nút khác cập nhật định tuyến Sau nhận dự liệu cập nhật, nút kế cận sử dụng thơng tin để tính tốn tuyến cập nhật vào bảng định tuyến nhờ phương pháp lặp vector khoảng cách Hơn nữa, cập nhật định kỳ, DSDV sử dụng cập nhật kiện cho tất liên kết thay đổi liên kết bị hỏng, nút di chuyển… cập nhật kiện đảm bảo cho việc phát thay đổi đường truyền hay topo mạng 10 Nếu nút có nhiều tuyến tới đích nút lựa chọn đường dẫn hợp lý tới đích, điều đảm bảo cho sử dụng hiệu thông tin định tuyến bảng định tuyến 2.4.2 Định tuyến theo trạng thái đường liên kết tối ưu (OLSR - Optimized Link State Routing) Giao thức OLSR biến đổi định tuyến trạng thái đường liên kết truyền thống, giúp cho trình thao tác mạng Adhoc cải thiện Đặc tính bật OLSR sử dụng chuyển tiếp đa điểm MPRs để hạn chế tràn ngập dung lượng mạng dụng lượng cập nhật trạng thái đường liên kết Mỗi nút tính lượng MPRs từ thiết lập hàng xóm Bộ MPR lựa chọn nút có nhu cầu quảng bá tin nhắn, truyền tin nhắn việc thiết lập MPR đảm bảo tin nhắn nhận nút có số chặn Kể từ trở đi, có nút truyền quảng bá thơng điệp nút lân cận MPR truyền lại thơng điệp Các nút lân cận khác khơng nằm MPR xử lý thông điệp mà không truyền quảng bá lại Hơn nữa, thơng tin định tuyến trạng thái đường liên kết thay đổi nút liệt kê kết nối có nút hàng xóm 2.4.3 Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) AODV sử dụng nhiều dạng tin khác để phát trì liên kết mạng Khi nút mạng muốn sử dụng tìm đường định tuyến đến nút mạng khác, quảng bá tin yêu cầu đường định tuyến RREQ đến tất nút mạng gần Bản tin RREQ truyền mạng đến đến nút mạng đích nút mạng có đường định tuyến đến đích Sau đó, tin RREP gửi lại thơng báo với nút nguồn Ngồi ra, AODV cịn sử dụng tin HELLO để quảng bá tới nút mạng bên cạnh Bản tin cho biết diện nút mạng nguồn mạng nút mạng gần sử dụng đường định tuyến thông qua nút mạng nguồn phát tin quảng bá, đường định tuyến hợp lệ Nếu nút mạng không nhận tin HELLO từ nút mạng A coi nút mạng di chuyển phạm vi liên lạc với nút A liên kết đến nút A coi bị phá vỡ thơng báo cho nút mạng liên quan thông qua tin thông báo kết bị hỏng (RREP) 11 2.4.4 Định tuyến nguồn động (DSR - Dynamic Source Routing) Cho phép nút mạng tìm kiếm đường định tuyến thơng qua nhiều nút mạng đến nút mạng đích nào, tiêu đề gói tin chứa danh sách, theo thứ tự, nút mạng mà gói tin phải qua để đến nút mạng đích DSR khơng sử dụng tin định kỳ nên giảm băng thông mạng, bảo tồn lượng pin giảm thông tin định tuyến Để thực việc DSR dựa hỗ trợ lớp MAC DSR sử dụng hai chế tìm kiếm đường cập nhật đường định tuyến 2.4.5 Giao thức định tuyến vùng (ZRP - Zone Routing Protocol) Giao thức ZRP giao thức sử dụng hỗn hợp hai kiểu tương tác dự đốn trước Nó chia mạng thành nhiều vùng định tuyến rõ hai giao thức riêng biệt hoạt động vùng định tuyến Giao thức IARP hoạt động vùng định tuyến lấy khoảng cách ngắn đường định tuyến đến tất nút mạng vùng Khi có thay đổi cấu trúc mạng thơng tin cập nhật truyền vùng định tuyến liên quan khơng phải tồn mạng Giao thức thứ hai, IERP giao thức tương tác, sử dụng để tìm đường định tuyến vùng định tuyến, nút mạng đích khơng nằm vùng định tuyến Giao thức quảng bá RREQ đến tất nút mạng nằm đường biên vùng định tuyến Thủ tục lặp lại nút mạng yêu cầu tìm thấy tin trả lời gửi đến nút nguồn 2.5 Kết luận chương Chương luận văn trình nêu yêu cầu, thông số để đánh giá giao thức định tuyến Từ vào phân tích giao thức đặc trưng cho loại bản, ví dụ DSDV, AODV, DSR… Mặc dù theo phân tích lý thuyết có so sánh giao thức định tuyến cho mạng Adhoc Tuy nhiên để trực quan chương tác giả tập trung vào xây dựng chương trình để mơ đánh giá hiệu giao thức 12 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC BẰNG BỘ MÔ PHỎNG NS2 NS2 (Network Simulator 2) mô mạng mã nguồn mở sử dụng phổ biến giới, đặc biệt trường đại học NS2 ban đầu mô kiện rời rạc tập trung vào việc nghiên cứu mạng Trong mục này, xem xét mô tả ngắn gọn hệ thống NS2 3.1 Giới thiệu mô NS2 Chúng ta biết mô định hướng vào nghiên cứu chuyên biệt nhà nghiên cứu mạng tạo thường không phản ánh kinh nghiệm phổ biến Cái cần mơ có khả giải nhiều vấn đề chuyên sâu mạng máy tính việc dễ dàng triển khai tích hợp thêm đóng góp cộng đồng nghiên cứu Nhận thức điều đó, dự án VINT (Virtual InterNetwork Testbed) Bộ Quốc Phịng Mỹ cấp kinh phí để xây dựng mơ có khả mơ tập lớn giao thức mơ hình mạng phục vụ cho nghiên cứu, giúp thực thí nghiệm mạng, từ đánh giá so sánh nhiều giao thức, mơ hình mạng tham số hiệu mạng điều kiện khác Bộ mơ mạng NS (Network Simulator) nhóm nghiên cứu phịng thí nghiệm Lawrence Berkeley phát triển dự án VINT lựa chọn để phát triển tiếp Cái tên NS-2 đời từ năm 1997 với việc xuất phiên 2.xx khác nhiều so với phiên trước 1.xx NS2 mô vận hành theo kiện rời rạc, cho phép người sử dụng thay đổi cấu hình mơ cách dễ dàng mô vận hành Ban đầu mô xây dựng hệ điều hành Unix/Linux Sau này, số phiên chạy cho môi trường Windows triển khai áp dụng NS thực thi giao thức mạng như: Giao thức điều khiển truyền tải (TCP) Giao thức gói người dùng (UDP); dịch vụ nguồn lưu lượng Giao thức truyền tập tin (FTP), Telnet, Web, Tốc độ bit cố định (CBR) Tốc độ bit thay đổi (VBR); kỹ thuật quản lý hàng đợi Vào trước Ra trước (Drop Tail), Dò sớm ngẫu nhiễn (RED) CBQ; thuật toán định tuyến Dijkstra… NS thực thi multicasting giao thức lớp Điều khiển truy cập đường truyền (MAC) mô LAN NS Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng; bao gồm đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện, đối tượng Thành phần Mạng mơ đun Trợ giúp Thiết lập Mạng 13 Hình 3.1: Tổng quan NS2 góc độ người dùng - OTcl Script: Kịch OTcl - Simulation Program: Chương trình Mơ phịng - Otcl: Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng - NS Simulation Library: Thư viện Mô 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 mô đun Trợ giúp Thiết lập Mạng - Plumbling Modules: Các mô đun Plumbling - Simulation Results: Các kết Mơ - Analysis: Phân tích - NAM (Network Animator): Minh họa Mạng NAM 3.2 Thực mô Sau xây dựng script mô cho bốn giao thức, ta thực mô theo giao thức định tuyến Màn hình nam mơ ta nhận sau: 14 Hình 3.2: Đồ hình mơ 25 nút mạng Ad hoc Mỗi giao thức sau mơ ta có tệp vết ghi lại tồn kiên xảy mạng Thơng tin mơ giao thức: Hình 3.3: Thơng tin mơ giao thức AODV 15 Hình 3.4: Thơng tin mơ giao thức DSDV Hình 3.5: Thơng tin mơ giao thức DSR 3.3 Phân tích kết mô Để đánh giá khả hoạt động giao thức sử dụng phần mềm Tracegraph 2.02 để phân tích kết mơ dựa tham số: - Thơng lượng gói tin tạo toàn mạng thời gian thực mơ - Thơng lượng gói tin bị rơi tồn mạng trọng thời gian thực mơ - Thơng lượng gói tin chuyển tiếp tất nút thời gian thực mô 16 Ứng với giao thức định tuyến cho ta kết đánh giá thông qua biểu đồ 3.3.1 Thơng lượng gói tin tạo tồn mạng thời gian thực mơ Hình 3.6: Thơng lượng gói tin tạo tồn mạng - AODV Hình 3.7: Thơng lượng gói tin tạo tồn mạng - DSDV 17 Hình 3.8: Thơng lượng gói tin tạo toàn mạng – DSR Những đồ thị biểu thị thơng lượng gói tin tạo ba giao thức định tuyến khác suốt thời gian mơ Trục hồnh biểu thị khoảng thời gian mô phỏng, khoảng thời gian mô tính giây, trục tung biểu diễn thơng lượng gói tin tạo Tại giao thức AODV gói tin tạo 150210 gói, thơng lượng gói tin tạo lớn khoảng thời gian 2-20s, 35-55s, 65-80s, 95-120s với mức trung bình 1500 gói tin Tại giao thức DSDV gói tin tạo 90035 gói, thơng lượng gói tin giữ ổn định mức 800 gói tin tồn thời gian trừ khoảng 12-18s, 74-78s, 117-119s nhảy lên 1600 gói tin 32-48s khơng tạo tạo gói tin Tại giao thức DSR thơng lượng gói tin tạo 126130 gói,thơng lượng lớn khoảng thời gian đầu từ 1-20s với mức trung bình 1800 gói tin, sau thơng lượng gói tin tạo mức trung bình 1300 gói tin khoảng 20-50s, 6080s, 95-120s Ở khoảng thời gian cịn lại thơng lượng gói tin tạo giao thức thấp trung bình 300 gói tin 18 3.3.2 Thơng lượng gói tin bị rơi tồn mạng thời gian thực mơ Hình 3.9: Thơng lượng gói tin bị rơi tồn mạng – AODV Hình 3.10: Thơng lượng gói tin bị rơi tồn mạng – DSDV 19 Hình 3.11: Thơng lượng gói tin bị rơi tồn mạng – DSR Tại giao thức AODV số lượng gói tin bị rơi 7512 gói chia tồn thời gian mô phỏng, rơi nhiều khoảng thời gian 55-80s Tại giao thức DSDV số lượng gói tin bị rơi 3335 gói, rơi nhiều khoảng thời gian 50-75s Tại giao thức DSR số lượng gói tin bị rơi 5405 gói, chia tồn thời gian mô phỏng, rơi nhiều khoảng thời gian 0-8s, 60-65s 3.2.3 Thơng lượng gói tin chuyển tiếp tất nút thời gian thực mơ Hình 3.12: Thơng lượng gói tin chuyển tiếp tất nút – AODV 20 Hình 3.13: Thơng lượng gói tin chuyển tiếp tất nút – DSDV Hình 3.14: Thơng lượng gói tin chuyển tiếp tất nút – DSR Tại giao thức AODV thơng lượng gói tin chuyển tiếp 14451, cao khoảng thời gian 35-80s Tại giao thức DSDV thơng lượng gói tin chuyển tiếp 3291, cao khoảng thời gian 50-75s 21 Tại giao thức DSR thơng lượng gói tin chuyển tiếp 11428, cao khoảng thời gian 35-80s 3.2.4 Thảo luận kết mơ Chương trình mơ đánh giá hiệu ba giao thức định tuyến tiêu biểu AODV, DSDV, DSR đồ hình 25 nút, 30 nút, 35 nút, 50 nút , với môi trường mơ 3600x1600m Tỷ lệ gói tin truyền thành công 300000 250000 200000 150000 100000 50000 25 30 AODV 35 DSDV 50 DSR Hình 3.15: Tỷ lệ gói tin truyền thành công giao thức môi trường mô 25 nút mạng, 30 nút mạng, 35 nút mạng, 50 nút mạng Lưu lượng số gói tin giao thức 300000 250000 200000 150000 100000 50000 25 30 AODV 35 DSDV 50 DSR Hình 3.16: Lưu lượng gói tin giao thức mơi trường mô 25 nút mạng, 30 nút mạng, 35 nút mạng, 50 nút mạng Tỷ lệ truyền thành công DSDV cao giao thức khác DSDV giao thức định tuyến theo bảng, bảng định tuyến giao thức cập nhật 22 thường xun hai giao thức cịn lại có quy định thời gian sống cho bảng định tuyến không cập nhật bảng định tuyến theo thời gian tạo tuyến đường có yêu cầu nên truyền gói tin có khả gặp đường truyền liên kết Lưu lượng DSR cao lưu lượng giao thức cịn lại DSR có nhớ tuyến Thay bảo trì bảng định tuyến để theo dõi thông tin định tuyến, DSR sử dụng (route cache) nhớ tuyến Bộ nhớ tuyến cho phép lưu trữ nhiều đường liệu định tuyến tới đích, theo cách tạo nhiều tuyến đường khác Khi tuyến đường tới đích bị hỏng nguồn sử dụng tuyến đường thay từ nhớ tuyến, có tuyến đường khơng phải tìm đường truyền Tương tự xảy liên kết hỏng tuyến nút ngược chiều với liên kết hỏng tiến hành cứu vớt tuyến đường, theo cách sử dụng tuyến khác từ nhớ tuyến nó, có sửa tuyến 3.5 Kết luận chương Chương trình bày tóm lược mơ NS2 cơng cụ phân tích kết Tracegraph Từ tác giả thực chương trình mơ đánh giá hiệu ba giao thức định tuyến tiêu biểu DSDV, AODV, DSR Các giao thức mô thực đồ hình mạng giống với kịch xây dựng Tùy nhu cầu sử dụng giao thức có ưu, nhược điểm riêng Giao thức DSDV phù hợp với mạng có trạng thái di chuyển liên tục (giao thức chủ ứng), giao thức AODV, DSDV phù hợp với mạng có trạng thái cố đinh (giao thức phản ứng) 23 KẾT LUẬN Mạng vô tuyến Adhoc mạng mà nút mạng tổ chức cách ngang hàng với Hơn nút mạng có tính tự tổ chức, tự thích nghi trạng thái, đồ hình mạng thay đổi gia nhập mạng nút mới, trình ngắt bỏ kết nối… Do 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 quan tâm Để đạt mục tiêu đề tác giả tìm hiểu nghiên cứu dùng mơ để đánh giá hiệu giao thức mạng Cấu trúc luận văn chia thành chương, trình bày đặc điểm, thành phần ứng dụng mạng Ad hoc thực tế Trình bày chi tiết giao thức định tuyến mạng Ad hoc Để làm bật tính giao thức, tác giả xây dựng chương trình mơ Thơng qua kết mơ ta có thấy ưu nhược điểm khác giao thức, qua tùy vào đồ hình mạng cụ thể ta lựa chọn tốt cho nhu cầu ứng dụng Như thấy xét theo tỷ lệ gói tin hồn thiện phát thành cơng giao thức DSDV chiếm ưu điểm đến DSR cuối AODV Như trình bày, mạng Ad hoc cịn nhiều thách thức mặt cơng nghệ cần giải quyết, vấn đề định tuyến đường cho gói tin truyền mạng vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến hiệu hoạt động mạng vô tuyến Ad hoc HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO  Nghiên cứu đánh giá hiệu mạng vô tuyến Ad hoc sử dụng giao thức định tuyến ZRP, ABS, 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 phạm trái phép vào vùng biên giới quốc gia sử dụng mạng vô tuyến ad hoc 24 ... mạng Ad hoc đưa mơ hình ứng dụng Vấn đề định tuyến mạng Ad hoc vấn đề đáng quan tâm định trực tiếp đến hiệu mạng, định hướng nghiên cứu cho chương CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC. .. hình ứng dụng - Chương 2: Định tuyến mạng Ad hoc, nêu yêu cầu, phân loại thuật toán định tuyến giao thức định tuyến mạng Ad hoc - Chương 3: Đánh giá hiệu giao thức mạng AD hoc, đánh giá hiệu giao... chọn đề tài ? ?Định tuyến mạng Ad hoc? ?? Để tiện theo dõi, nội dung chương khái quát lại sau: - Chương 1: Tổng quan mạng vô tuyến Ad hoc, đời, khái niệm đặc điểm chung Ad hoc, số mạng Ad hoc điển hình