LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Võ Thanh Tú, người đã tận tình dẫn dắt và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Khoa học Huế, các thầy giáo của Viện Công nghệ Thông tin và trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các cán bộ phòng Quản lý Khoa học Đối ngoại, những người đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin được cảm ơn trường Đại học Phạm Văn Đồng Quảng Ngãi, Khoa Công nghệ thông tin đã tạo mọi điều kiện để tôi được đi học và hoàn thành tốt khoá học, đồng thời xin chân thành cảm ơn anh chị em trong khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Phạm Văn Đồng giúp tôi trong thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình về vật chất lẫn tinh thần là nguồn động viên lớn để hoàn thành khóa học cũng như thời gian làm đề tài, xin chân thành cảm ơn ngành đường sắt Việt Nam là phương tiện chính giúp tôi đi lại. Xin chân thành cảm ơn các anh chị em lớp cao học Khoa học máy tính khoá 2008 – 2010 và các bạn đồng nghiệp đã luôn bên cạnh, động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn Tác giả Nguyễn Trí Nhân MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU 1 Chương 1 MẠNG KHÔNG DÂY VÀ VẦN ĐỀ ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG KHÔNG DÂY 5 1.1. Tổng quan về mạng không dây 5 1.1.1. Tìm hiểu về mạng không dây 5 1.1.2. Yêu cầu về thiết bị và công nghệ 6 1.1.2.1. Các thành phần 6 1.1.2.2. Các tầng của mạng không dây 7 1.2. Những đặc điểm chính và ứng dụng 9 1.2.1. Kỹ thuật của mạng không dây 9 1.2.2. Ứng dụng của mạng không dây 10 1.2.2.1. Tìm kiếm, cứu trợ 10 1.2.2.2. Trong quân đội 11 1.2.2.3. Trong công tác chăm sóc sức khỏe 11 1.3. Vấn đề định tuyến trên mạng không dây 11 1.4. Các mô hình mạng không dây 12 1.4.1. Mô hình mạng độc lập 12 1.4.2. Mô hình mạng cơ sở (Basic Service Sets – BSS) 13 1.4.3. Mô hình mạng mở rộng (Extended Service Sets – ESS) 14 1.5. Mô hình mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) 15 1.5.1. Tìm hiểu về mạng MANET 15 1.5.2. Phân loại mạng MANET theo cách thức định tuyến 16 1.5.3. Phân loại mạng MANET theo chức năng nút (Đẳng cấp, phân cấp, kết hợp) 17 1.6. Kết luận chương 1 19 Chương 2 NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CỤM TRÊN MẠNG MANET 20 2.1. Giao thức định tuyến AODV và DSR 20 2.1.1. Giao thức định tuyến AODV (Ad_hoc Ondemand Distance Vector) 20 2.1.2. Giao thức định tuyến DSR (Dynamic Source Routing) 24 2.2. Mô hình cụm di động (Reference Point Group Mobility Model_RPGM) 27 2.3. Phương pháp phân cụm mạng MANET và mô hình 28 2.4. Giao thức định tuyến multicast QoS cho mạng MANET phân cụm (QMRPCAH) 31 2.4.1. Giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH 31 2.4.2. Thủ tục cập nhật định tuyến 37 2.4.3. Thủ tục quyết định tuyến chính 39 2.5. Giao thức định tuyến ODMRP (On Demand Multicast Routing Protocol) 39 2.6. Giao thức định tuyến AMRIS (Ad Hoc Multicast Routing Protocol Utilizing Increasing ID Numbers) 41 2.7. Kết luận chương 2 44 Chương 3 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CỤM TRÊN MẠNG MANET 45 3.1. Giới thiệu môi trường mô phỏng NS2 45 3.2. Mô phỏng mạng wireless trong NS2 45 3.2.1 Cấu trúc phần mềm và cơ chế của NS2 45 3.2.2. Các thành phần thiết yếu tạo tập tin mô phỏng trong NS2 47 3.2.3. Cách tạo tập tin tcl và thực hiện mô phỏng 48 3.3. Phân tích tập tin vết 51 3.3.1. Định dạng tập tin vết 51 3.3.2. Phân tích khi mô phỏng 49 3.4. Cài đặt mô phỏng 54 3.4.1. Mô phỏng mô hình cụm di động 54 3.4.1.1. Đánh giá kết quả sau khi mô phỏng mô hình cụm di động 57 3.4.1.2. Phân tích kết quả mô phỏng 57 3.4.1.3. Kết luận mô phỏng mô hình cụm di động với hai giao thức AODV và DSR 60 3.4.2. Mô phỏng với giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH và các giao thức định tuyến khác 60 3.5 Kết luận chương 3 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AODV Adhoc On Demand Distance Vector AP Access Point BSS Basic Service Sets CBR Constant Bit Rate DSR Dynamic Source Routing ESS Extended Service Sets IBSS Infracstruture Basic Service Sets IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IP Internet Protocol JOIN_REQ Join Request JOIN_REP Join Reply JOIN_RES Join Reserve MAC Media Access Control MANET Mobile Ad hoc Network QMRPCAH QoS Multicast Routing Protocol for Clustering Mobile Ad hoc Networks QoS Quality of Service RREP Route Replay SF Selection Flooding WAE Wireless Application Environment WDP Wireless Datagram Protocol WLAN Wireless Local Arear Network WSP Wireless Session Protocol WTLS Wireless Transport Layer Security WTSP Wireless Transaction Session Protocol WWAN Wireless World Arear Network DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.1 Các tham số mô phỏng trong mô hình cụm di động RPGM 51 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Các tầng của mạng không dây 7 1.2 Mô hình mạng độc lập Ad hoc 13 1.3 Mô hình mạng cơ sở. 13 1.4 Mô hình mạng mở rộng 14 1.5 Một mạng kiểu Infrastructure 15 1.6 Định tuyến Singlehop 16 1.7 Định tuyến Multihop 17 1.8 Mô hình mạng phân cấp 18 1.9 Mô hình mạng Adhoc kết hợp 19 2.1 Sơ đồ thuật toán khám phá giao thức định tuyến AODV 23 2.2 Sơ đồ thuật toán khám phá giao thức định tuyến DSR 26 2.3 Hình phân cụm MANET 28 2.4 Tuyến trình thông điệp yêu cầu nối JOINreq của QMRPCAH 33 2.5 Tuyến trình cập nhật thông điệp của giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH 34 2.6 Tuyến trình xử lý thông điệp kết nối của giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH 35 2.7 Tuyến trình xử lý của thông điệp SF 37 2.8 Ví dụ của giao thức định tuyến ODMRP 40 2.9 Sơ đồ thuật toán của giao thức định tuyến ODMRP 41 3.1 Cấu trúc phân tầng mô phỏng NS – 2 của mạng 45 3.2 Cấu trúc phần tầng khung nhìn phát triển NS – 2 46 3.3 Phần đầu chung của một tập tin vết 51 3.4 Luồng lược đồ tạo, thực thi, kết quả mô phỏng chạy các giao thức định tuyến trong mạng MANET trong NS2 52 3.5 Mô hình cụm di động trong khi mô phỏng 55 3.6 Tỉ lệ phát gói tin thành công nguồn truyền tải CBR 57 3.7 Tỉ lệ phát gói tin thành công nguồn truyền tải TCP 57 3.8 Định tuyến phần đầu nguồn truyền tải CBR 58 3.9 Định tuyến phần đầu nguồn truyền tải TCP 58 3.10 Tỉ lệ định tuyến thành công nguồn truyền tải CBR 58 3.11 Tỉ lệ định tuyến thành công nguồn truyền tải TCP 58 3.12 Độ trễ End – to – End nguồn truyền tải CBR 59 3.13 Độ trễ End – to – End nguồn truyền tải TCP 59 3.14 Tỉ lệ phát gói tin thành công, kích thước cụm 50 nút 61 3.15 Tỉ lệ phát gói tin thành công, kích thước cụm 30 nút 61 3.16 Tỉ lệ phát gói tin thành công, kích thước cụm 20 nút 61 3.17 Tỉ lệ phát gói tin thành công, kích thước cụm10 nút 61 3.18 Chi phí thông tin điều khiển với kích thước cụm 50 nút 62 3.19 Chi phí thông tin điều khiển với kích thước cụm 10 nút 62 3.20 Tỉ lệ phát gói tin thành công của giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH, ODMRP và AMRIS 63 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong hệ thống thông tin liên lạc hiện nay, người ta thường trao đổi với nhau qua mạng có dây (Wired) và mạng không dây (Wireless). Với mạng máy tính có dây đã ra đời rất lâu và đóng góp lớn cho nhu cầu phát triển chung của xã hội. Tuy nhiên, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, thì mạng có dây bắt đầu bộc lộ những hạn chế của nó. Khi những thiết bị di động: laptop, PDA, ra đời thì mạng có dây đã không thể đáp ứng hết tất cả ưu điểm của các thiết bị đó. Với sự hỗ trợ của các thiết bị vô tuyến như PDA, pocket PC, Smart phone, mạng không dây cũng không ngừng phát triển. Hàng loạt chuẩn mạng không dây được ra đời, từ các thế hệ 2G, 3G của điện thoại di động, đến các chuẩn IrDA, Open Air, BlueTooth và các chuẩn của Wireless Lan như IEEE 802.11, HiperLan. Mạng không dây giúp các thiết bị di động được sử dụng một cách hiệu quả, thuận tiện hơn và có những đặc tính nổi bật như sau: + Hệ thống mạng không dây có khả năng di động cao, các thiết bị có thể di chuyển một cách tùy ý mà vẫn có thể truy cập mạng và có thể trao đổi dữ liệu với nhau. + Mạng không dây cho phép dễ dàng bổ sung, thay thế các thiết bị tham gia trong mạng mà không cần phải cấu hình phức tạp lại toàn bộ hình trạng (topo) của mạng. + Mạng không dây có ưu thế trong những hoàn cảnh như: hội nghị, hội thảo, hội chợ thương mại, học trực tuyến truy cập internet ở những nơi công cộng, rất thuận tiện cho những người tham gia, không phụ thuộc vào vị trí địa hình và cơ sở hạ tầng, nên rất dễ dàng triển khai lắp đặt. Tuy nhiên, mạng không dây còn có những hạn chế về giá cả cũng như về mặt kỹ thuật: như tỷ lệ lỗi, băng thông, bán kính phủ sóng còn hạn chế, thiết bị phần cứng còn đắt, tuổi thọ pin còn thấp, khả năng bảo mật chưa cao. Hiện nay, Wireless LAN với công nghệ Wifi là công nghệ nổi bật đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Một trong những xu hướng trong tương lai của mạng Wireless LAN là mạng Mobile Ad hoc Network (MANET: mạng tùy biến không dây). 2. Mục đích nghiên cứu Luận văn này chúng tôi nghiên cứu mạng di động tùy biến không dây (Mobile Ad Hoc Network MANET). Mạng MANET là một mạng bao gồm các thiết bị di động vô tuyến kết nối ngang hàng với nhau hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của các thiết bị trung tâm cũng như các cơ sở hạ tầng mạng cố định, nên nó vừa đóng vai trò truyền thông, vừa đóng vai trò như thiết bị định tuyến. Vì thế, một số giao thức định tuyến truyền thống không còn phù hợp với mạng MANET mà được thay thế bằng các giao thức định tuyến theo yêu cầu, bảng ghi, kết hợp, định tuyến phân cụm.... 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nội dung chính của luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu các giao thức định tuyến phân cụm trên mạng MANET. Đồng thời đánh giá hiệu năng của một số giao thức định tuyến phân cụm tiêu biểu trong mạng MANET dựa trên phương pháp mô phỏng bằng NS2. Từ đó đề xuất môi trường áp dụng tốt cho từng giao thức khác nhau, đảm bảo truyền thông tin cậy và hiệu quả. 4. Phương pháp nghiên cứu Dựa trên lý thuyết về mạng thông tin di động làm cơ sở cho việc nghiên cứu các mô hình phân cụm trên mạng di động. Dựa trên phương pháp mô phỏng để mô hình hóa các hoạt động của mạng di động theo nhóm. Đánh giá hiệu năng mạng dựa trên chương trình mô phỏng NS – 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Với sự bùng nổ và phát triển của công nghệ thông tin đã mang lại nhiều hiệu quả đối với khoa học cũng như trong các hoạt động thực tế, trong đó mạng máy tính là một lĩnh vực đem lại hiệu quả thiết thực cho con người. Thông qua mạng máy tính chúng ta có thể chia sẻ thông tin, tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả. Mạng Mobile Ad hoc Network (MANET) là mạng di động tùy biến không dây, trong đó mọi nút đều có khả năng di chuyển nên không có một nút mạng cố định nào thực hiện chức năng điều khiển trung tâm. Vì vậy việc định tuyến cho dữ liệu truyền đi trên mạng MANET là một trong những vấn đề đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm, có ý nghĩa khoa học rất lớn trong việc điều khiển thông tin truyền tin trên mạng một cách trong suốt và đáp ứng tốt với sự phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện hiện nay. Việc nghiên cứu các kỹ thuật định tuyến trên mạng MANET góp phần giải quyết bài toán thực tiễn hiện nay và tương lai, khi mà số lượng người sử dụng ngày càng tăng trên phạm vi rộng, cùng với nhu cầu dịch vụ mới đã góp phần thúc đẩy phát triển ứng dụng công nghệ thông tin trong những môi trường mà mạng có dây hoạt động còn hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu các cơ chế hoạt động của mạng MANET dựa trên các giao thức định tuyến là một vấn đề rất cấp thiết hiện nay. 6. Cấu trúc của luận văn Cấu trúc luận văn phần mở đầu, nội dung luận văn gồm 3 chương, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo. Chương 1 tổng quan về mạng không dây và định tuyến trên mạng không dây, trong chương này chúng tôi tìm hiểu những yếu tố cơ bản của mạng không dây làm tiền đề cho việc nghiên cứu chính trong luận văn. Chương 2 nghiên cứu các giao thức định tuyến phân cụm trên mạng MANET, trong chương này chúng tôi đưa ra một giải pháp cho mạng MANET nhằm mục đích năng cao hiệu năng sử dụng mạng, đó là giao thức định tuyến phân cụm có kèm theo chất chượng dịch vụ để nâng cao hiệu năng mạng. Chương 3 mô phỏng đánh giá một số giao thức định tuyến phân cụm trên mạng MANET, trên cở sỏ lý thuyết của chương 2 chúng tôi đã đưa ra một số mô phỏng nhằm đánh giá hiệu năng mạng MANET. Kết luận nêu lên những kết quả đã đạt được trong luận văn và hướng phát triển của đề tài. Chương 1 MẠNG KHÔNG DÂY VÀ VẤN ĐỀ ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG KHÔNG DÂY Trong chương này chúng tôi tìm hiểu những yếu tố cơ bản của mạng không dây làm tiền đề cho việc nghiên cứu chính trong luận văn. 1.1. Tổng quan về mạng không dây 1.1.1. Tìm hiểu về mạng không dây Ngày nay mạng MANET đang được quan tâm trên mọi lĩnh vực, quân đội, dân sự bởi vì khả năng thiết lập mạng giao tiếp trong trường hợp khẩn cấp, cơ sở hạ tầng thiếu hoặc bị phá hủy do thiên tai. Ví dụ trong công tác tìm kiếm, cứu hộ trên biển và cũng phục vụ cho quân đội, cảnh sát… Kỹ thuật không dây là phương thức truyền dữ liệu từ điểm này đến điểm khác không sử dụng đường truyền vật lý, mà có thể sử dụng sóng vô tuyến, hồng ngoại hay qua vệ tinh. Hay mạng không dây là mạng sử dụng công nghệ mà cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với nhau bằng một giao thức chuẩn, nhưng không cần kết nối vật lý hay không cần sử dụng dây mạng. Với những kết nối không dây trong mạng điện thoại đã tạo nên một ngành công nghiệp mới và có ảnh hưởng sâu sắc đến ngành kinh doanh truyền thông thoại. Hiện nay chúng ta đang đứng trước những thay đổi to lớn trong kỹ thuật mạng máy tính. Điểm nổi bật của kỹ thuật không dây theo chuẩn IEEE 802.11 cho phép người dùng kết nối với nhau mà không quan tâm đến vị trí của họ . Tiện ích rõ nhất của mạng không dây đó là tính di động, người sử dụng mạng không dây có thể kết nối đến mạng hiện đang tồn tại và sau đó được phép di chuyển tự do trong quá trình liên lạc hay tìm kiếm thông tin. Cơ sở hạ tầng của một mạng không dây về mặt định tính thì kết nối một hay nhiều người dùng là như nhau, để cung cấp dịch vụ cho một khu vực được chỉ định sẵn cần dựa vào trạm thu phát và antena đặt tại đó. 1.1.2. Yêu cầu về thiết bị và công nghệ 1.1.2.1. Các thành phần Mạng không dây gồm có 4 thành phần: Stations, Access Points, Wireless Medium, Distribution System. Trong đó: + Stations (các máy trạm): là các thiết bị tính toán có giao tiếp mạng không dây như máy tính để bàn, máy tính xách tay sử dụng pin. + Access Point (điểm truy cập): thực hiện chuyển đổi từ không dây sang có dây. Nó bao gồm nhiều chức năng khác nhau nhưng chức năng chuyển đổi là chức năng quan trọng nhất, các chức năng này được đặt tại những thiết bị độc lập. + Wireless Medium (môi trường không dây). + Distribution System (hệ thống phân tán): là một thành phần logic của chuẩn 802.11 được dùng để chuyển các khung dữ liệu đến đích. Chuẩn 802.11 không yêu cầu bất cứ kỹ thuật riêng biệt nào cho hệ thống phân tán. Hệ thống phân tán bao gồm các phần tử chuyển đổi và môi trường hoạt động phân tán, chính là mạng đường trục được dùng để chuyển tiếp khung dữ liệu giữa các điểm truy cập. Hoạt động cơ bản của mạng không dây thông qua các dịch vụ và được chia làm 2 loại dịch vụ chính: + Các dịch vụ tại trạm (Station Services): là một phần của mỗi trạm 802.11, được cung cấp bởi các trạm di động và các giao tiếp không dây trên các access point. + Các dịch vụ hệ thống phân tán (Distribution System Services): các dịch vụ này kết nối các access point vào hệ thống phân tán. Vai trò chính của access point mở rộng các dịch vụ trong mạng có dây ra mạng không dây bằng cách cung cấp các dịch vụ phân tán và tích hợp cho mạng không dây. Ngoài ra, dịch vụ này còn có vai trò quản lý kết hợp các trạm di động. 1.1.2.2. Các tầng của mạng không dây Hình 1.1 Các tầng của mạng không dây Wireless Application Environment (WAE): Tầng môi trường ứng dụng không dây, tầng này định nghĩa các chương trình và các tập lệnh sử dụng cho các ứng dụng không dây. Một trong những ngôn ngữ phổ biến nhất là WMLScript. Wireless Session Protocol (WSP): Tầng phiên giao thức thiết lập phiên, tầng này chịu trách nhiệm về các kiểu thông tin đã thiết lập với các thiết bị, nó định nghĩa phiên kết nối đó thành công hay không. Wireless Transaction Session Protocol (WTSP): Tầng phiên xử lý giao tác, tầng này dùng để phân loại dữ liệu truyền đáng tin cậy hoặc không đáng tin cậy. Wireless Transport Layer Security (WTLS): Tầng giao vận và bảo mật, nó cung cấp mã hóa, chứng thực, kiểm tra tính nguyên vẹn của dữ liệu. Wireless Datagram Protocol (WDP): Tầng giao thức Datagram, tầng này là nơi chứa những dữ liệu bị hỏng hóc khi truyền. Vì có nhiều phương pháp truyền khác nhau, WDP không có những tiêu chuẩn hóa chắc chắn, nên bất cứ hãng truyền thông nào cũng có thể chuyển giao dữ liệu vô tuyến miễn là nó tương thích với WAP. Network Carriers: Tầng vận chuyển, đây là phương pháp vận chuyển chịu trách nhiệm phân phát dữ liệu đến các thiết bị khác đảm bảo liên kết đuợc với tầng WDP. Hoạt động: Để kết nối được với Internet, một mạng không dây đòi hỏi các thành phần sau. Một kết nối Internet (tốt nhất là băng rộng), một modem, một bộ định tuyến, một bức tường lửa, một điểm truy nhập không dây và một bộ điều hợp mạng không dây cho máy tính xách tay của bạn (được xây dựng sẵn hoặc PC Card) hoặc cho máy tính để bàn (PCI). Một số hoặc tất cả các thành phần này thường được đóng gói cùng nhau trong một thiết bị. Việc cấu hình một modem mới cũng có thể đòi hỏi phải có sự phối hợp với ISP dựa trên địa chỉ MAC (kiểm soát truy nhập đường truyền) của mỗi thiết bị đã được đăng ký sẵn. Không giống như cáp, là một môi trường dùng chung, DSL không gặp phải vấn đề xác thực modem. Các nhà cung cấp DSL phải đặt tín hiệu DSL trực tiếp vào đường dây điện thoại của người thuê bao, vì vậy nếu có một tín hiệu, không cần phải thêm sự xác thực để kết nối modem vào mạng, Bộ định tuyến không dây: Nếu muốn nối mạng không dây nhưng lại không muốn gặp phải những điều rắc rối phức tạp của việc cấu hình một modem mới và máy tính được cắm trực tiếp vào modem cáp thì nên mua một bộ định tuyến không dây với một tường lửa được tích hợp sẵn. Một bộ định tuyến không dây thường bao gồm một bộ chuyển mạch Ethernet 4 cổng để kết nối các máy tính hữu tuyến vào điểm truy nhập không dây. Điểm truy nhập không dây này lại kết nối với các máy tính được nối mạng không dây. Các bộ định tuyến cho phép chia sẻ một địa chỉ IP được cung cấp bởi ISP với nhiều máy tính trên mạng thông qua một cơ chế gọi là bộ dịch địa chỉ mạng (NAT). NAT giúp đảm bảo an ninh trên Internet bởi vì bộ định tuyến cho rằng địa chỉ IP chung được gán bởi ISP và mỗi máy tính được gán một địa chỉ IP riêng qua một máy phục vụ DHCP (giao thức cấu hình chủ động) được xây dựng trong bộ định tuyến. 1.2. Những đặc điểm chính và ứng dụng 1.2.1. Kỹ thuật của mạng không dây Trong các hệ thống mạng hữu tuyến, dữ liệu được truyền từ thiết bị này sang thiết bị khác thông qua các cáp hoặc các thiết bị trung gian. Còn đối với mạng không dây, các thiết bị truyền và nhận thông tin thông qua sóng điện từ, sóng radio hoặc các thiết bị hồng ngoại. Trong WLAN và WWAN thì sóng radio được sử dụng rộng rãi hơn. Tín hiệu được truyền trong không khí theo một khu vực gọi là vùng phủ sóng. Thiết bị nhận chỉ cần nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị phát thì sẽ nhận được tín hiệu. Tất cả những mạng trong chuẩn IEEE 802.x đều bao gồm thành phần MAC và PHY: MAC: tập các quy tắc xác định giao thức truy cập môi trường và truyền nhận dữ liệu. PHY: chi tiết thông tin về giao thức truyền và nhận dữ liệu. 802.11: chỉ là một lớp liên kết có thể sử dụng đóng gói LLC (802.2), đặc tả 802.11 bao gồm + 802.11 MAC và hai lớp PHY: lớp vật lý FHSS và lớp liên kết DSSS + 802.11b: đặc tả lớp trải phổ chuỗi trực tiếp tốc độ cao (HRDSSS). + 802.11a: đặc tả lớp vật lý dựa trên ghép kênh phân tần số trực giao (OFDM). + 802.11g: là lớp vật lý mới nhất cung cấp tốc độ cao hơn thông qua sử dụng OFDM nhưng có thể tương thích ngược với 802.11b. Khi cùng tồn tại người sử dụng 802.11b và 802.11g tại cùng một điểm truy cập thì đòi hỏi thêm giao thức ở trên và giảm tốc độ tối đa của người dùng 802.11g. Việc sử dụng sóng vô tuyến như lớp vật lý đòi hỏi một lớp PHY tương đối phức tạp. 802.11 chia lớp PHY thành hai thành phần môi trường vật lý chung: PLCP (Physical Layer Convergence Procedure thủ tục hội tụ lớp vật lý): ánh xạ các khung dữ liệu MAC lên môi trường. PMD (Physical Medium Dependent System): hệ thống phụ thuộc môi trường vật lý truyền các khung dữ liệu. 1.2.2. Ứng dụng của mạng không dây 1.2.2.1. Tìm kiếm, cứu trợ Khi chúng ta phải đối mặt với một tình huống không may như: động đất, bão lũ hoặc những thảm hoạ khác. Mạng MANET rất có ích trong những ứng dụng tìm kiếm và cứu trợ. Thảm hoạ để lại hậu quả lớn mà không thể liên lạc thông tin với nhau được, bởi vì chúng phá huỷ hết cơ sở hạ tầng mạng. Mạng MANET có thể thiết lập lại mà không có những cơ sở hạ tầng, có thể cung cấp thông tin liên lạc đến những tổ chức liên quan để cứu trợ kịp thời. Mạng cảm biến không dây (một hình thức khác của mạng MANET) được sử dụng để tìm kiếm những người sống sót và chăm sóc sức khoẻ. Hoạt
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN TRÍ NHÂN NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CỤM TRÊN MẠNG MANET CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VÕ THANH TÚ Huế, 2010 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Trí Nhân ii LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Võ Thanh Tú, người tận tình dẫn dắt tạo điều kiện tốt để hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Khoa học Huế, thầy giáo Viện Công nghệ Thông tin trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cán phòng Quản lý Khoa học - Đối ngoại, người trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu Xin cảm ơn trường Đại học Phạm Văn Đồng Quảng Ngãi, Khoa Công nghệ thông tin tạo điều kiện để học hồn thành tốt khố học, đồng thời xin chân thành cảm ơn anh chị em khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Phạm Văn Đồng giúp thời gian qua Tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình vật chất lẫn tinh thần nguồn động viên lớn để hồn thành khóa học thời gian làm đề tài, xin chân thành cảm ơn ngành đường sắt Việt Nam phương tiện giúp lại Xin chân thành cảm ơn anh chị em lớp cao học Khoa học máy tính khoá 2008 – 2010 bạn đồng nghiệp ln bên cạnh, động viên, khuyến khích tơi suốt thời gian học tập thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Nguyễn Trí Nhân iii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA trang LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii MỞ ĐẦU Chương MẠNG KHÔNG DÂY VÀ VẤN ĐỀ ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 Tổng quan mạng không dây 1.1.1 Tìm hiểu mạng không dây 1.1.2 Yêu cầu thiết bị công nghệ 1.1.2.1 Các thành phần .6 1.1.2.2 Các tầng mạng không dây 1.2 Những đặc điểm ứng dụng 1.2.1 Kỹ thuật mạng không dây .9 1.2.2 Ứng dụng mạng không dây 10 1.2.2.1 Tìm kiếm, cứu trợ 10 1.2.2.2 Trong quân đội 11 1.2.2.3 Trong công tác chăm sóc sức khỏe .11 1.3 Vấn đề định tuyến mạng không dây 11 1.4 Các mơ hình mạng khơng dây 12 1.4.1 Mơ hình mạng độc lập 13 1.4.2 Mơ hình mạng sở (Basic Service Sets – BSS) 13 1.4.3 Mơ hình mạng mở rộng (Extended Service Sets – ESS) .14 1.5 Mơ hình mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) 16 1.5.1 Tìm hiểu mạng MANET 16 1.5.2 Phân loại mạng MANET theo cách thức định tuyến 16 1.5.3 Phân loại mạng MANET theo chức Nút (Đẳng cấp, phân cấp, kết hợp) 17 1.6 Kết luận chương 19 iv Chương .21 NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CỤM TRÊN MẠNG MANET 21 2.1 Giao thức định tuyến AODV DSR 21 2.1.1 Giao thức định tuyến AODV (Ad_hoc On-demand Distance Vector) 21 2.1.2 Giao thức định tuyến DSR (Dynamic Source Routing) 25 2.2 Mơ hình cụm di đợng (Reference Point Group Mobility Model_RPGM) 28 2.3 Phương pháp phân cụm mạng MANET mơ hình 29 2.4 Giao thức định tuyến multicast QoS cho mạng MANET phân cụm (QMRPCAH) 32 2.4.1 Giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH 32 2.4.2 Thủ tục cập nhật định tuyến 38 2.4.3 Thủ tục định tuyến 39 2.5 Giao thức định tuyến ODMRP (On Demand Multicast Routing Protocol) 40 2.6 Giao thức định tuyến AMRIS (Ad hoc Multicast Routing Protocol Utilizing Increasing ID Numbers) .42 2.7 Kết luận chương 44 Chương .46 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 46 PHÂN CỤM TRÊN MẠNG MANET 46 3.1 Giới thiệu môi trường mô phỏng NS-2 46 3.2 Mô phỏng mạng wireless NS-2 46 3.2.1 Cấu trúc phần mềm chế NS-2 46 3.2.2 Các thành phần thiết yếu tạo tập tin mô phỏng NS2 48 3.2.3 Cách tạo tập tin tcl thực mơ phỏng 49 3.3 Phân tích tập tin vết 52 3.3.1 Định dạng tập tin vết 52 v 3.3.2 Phân tích mơ phỏng .53 3.4 Cài đặt mô phỏng 55 3.4.1 Mô phỏng mơ hình cụm di đợng 56 3.4.1.1 Đánh giá kết sau mô phỏng mơ hình cụm di đợng 58 3.4.1.2 Phân tích kết mô phỏng 59 3.4.1.3 Kết luận mơ phỏng mơ hình cụm di động với hai giao thức AODV DSR 62 3.4.2 Mô phỏng với giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH giao thức định tuyến khác .62 3.5 Kết luận chương 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .69 Kết đạt luận văn .69 Định hướng phát triển đề tài .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .71 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AODV AP BSS CBR DSR ESS IBSS IEEE IP JOIN_REQ JOIN_REP JOIN_RES MAC MANET QMRPCAH Ad-hoc On Demand Distance Vector Access Point Basic Service Sets Constant Bit Rate Dynamic Source Routing Extended Service Sets Infracstruture Basic Service Sets Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol Join Request Join Reply Join Reserve Media Access Control Mobile Ad hoc Network QoS Multicast Routing Protocol for Clustering QoS RREP SF WAE WDP WLAN WSP WTLS WTSP WWAN Mobile Ad hoc Networks Quality of Service Route Replay Selection Flooding Wireless Application Environment Wireless Datagram Protocol Wireless Local Arear Network Wireless Session Protocol Wireless Transport Layer Security Wireless Transaction Session Protocol Wireless World Arear Network vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 3.1 Tên bảng Các tham số mơ phỏng mơ hình cụm di đợng RPGM Trang 51 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Tên hình vẽ Các tầng mạng khơng dây Mơ hình mạng đợc lập - Ad hoc Mơ hình mạng sở Mơ hình mạng mở rợng Mợt mạng kiểu Infrastructure Định tuyến Single-hop Định tuyến Multi-hop Mơ hình mạng phân cấp Mơ hình mạng Ad-hoc kết hợp Sơ đồ thuật toán khám phá giao thức định tuyến AODV Sơ đồ thuật toán khám phá giao thức định tuyến DSR Hình phân cụm MANET Tuyến trình thơng điệp u cầu nối JOINreq QMRPCAH Tuyến trình cập nhật thơng điệp giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH Tuyến trình xử lý thông điệp kết nối giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH Tuyến trình xử lý thơng điệp SF Ví dụ giao thức định tuyến ODMRP Sơ đồ thuật toán giao thức định tuyến ODMRP Cấu trúc phân tầng mô phỏng NS – mạng Cấu trúc phần tầng khung nhìn phát triển NS – Phần đầu chung một tập tin vết Luồng lược đồ tạo, thực thi, kết mô phỏng chạy giao thức định tuyến mạng MANET NS2 Mơ hình cụm di đợng mơ phỏng Tỉ lệ phát gói tin thành công nguồn truyền tải CBR Tỉ lệ phát gói tin thành công nguồn truyền tải TCP Định tuyến phần đầu nguồn truyền tải CBR Trang 13 13 14 15 16 17 18 19 23 26 28 33 34 35 37 40 41 45 46 51 52 55 57 57 58 ix 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 Định tuyến phần đầu nguồn truyền tải TCP Tỉ lệ định tuyến thành công nguồn truyền tải CBR Tỉ lệ định tuyến thành công nguồn truyền tải TCP Độ trễ End – to – End nguồn truyền tải CBR Độ trễ End – to – End nguồn truyền tải TCP Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, kích thước cụm 50 nút Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, kích thước cụm 30 nút Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, kích thước cụm 20 nút Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, kích thước cụm10 nút Chi phí thơng tin điều khiển với kích thước cụm 50 nút Chi phí thơng tin điều khiển với kích thước cụm 10 nút Tỉ lệ phát gói tin thành công giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH, ODMRP AMRIS 58 58 58 59 59 61 61 61 61 62 62 63 59 Tổng số gói tin kiểm soát định tuyến (RTR) sinh giao thức định tuyến mô phỏng Tất gói tin gởi chuyển tiếp tầng mạng xem định tuyến phần đầu Overhead = số gói tin RTR (3.2) • Tỉ lệ định tuyến thành công (Normalized Routing Load) Là tỉ lệ số gói tin định tuyến phép truyền tải cho gói tin nhận đích Mỗi mợt truyền tải qua hop định tuyến đếm một truyền tải Nó tổng số gói tin kiểm soát tất nút mạng đến định tuyến khám phá trì NRL = Số gói tin định tuyến/Số gói tin nhận đích (3.3) • Độ trễ trung bình End – to – End (giây) Bao gồm tất độ trễ có thể gây bộ đệm khám phá định tuyến, thời gian chờ hàng đợi, độ trễ truyền phát lại tầng MAC, thời gian quảng bá truyền… Tất xem chi phí thời gian cho gói liệu truyền tải mạng MANET từ nút nguồn tới nút đích D = (Tr – Ts) (3.4) Trong đó: - Tr: thời gian nhận gói tin - Ts: thời gian gởi gói tin 3.4.1.2 Phân tích kết mơ Sau mơ phỏng rút trích số liệu tương ứng hai loại dịch vụ truyền tải CBR TCP hai giao thức định tuyến AODV DSR, số nguồn phát 10 40 (Aodv-10-cbr; Dsr-10-cbr; Aodv-40-cbr; Dsr-40-cbr) với vận tốc di chuyển nút thay đổi tối đa 10 (m/giây), tương với vận tốc tối đa 20, 30, 40, 50, 60 (m/giây) • Tỉ lệ phát gói tin thành cơng 60 - Trong trường hợp truyền tải CBR hai giao thức tỉ lệ phát gói tin đạt (99 – 100%) di động số nút nguồn thấp (10) Nhưng tỉ lệ phát gói tin bắt đầu tăng tăng số nút nguồn (40) tăng tốc độ di chuyển nút DSR thực tốt số nút nguồn thấp, truyền tải mạng tăng tỉ lệ phát gói tin giảm AODV thực điều kiện truyền tải CBR (xem Hình 3.6) - Trường hợp truyền tải TCP DSR thực tốt AODV bất chấp loại truyền tải mạng tốc đợ di chuyển nút (xem Hình 3.7) Hình 3.6 Tỉ lệ phát gói tin thành cơng Hình 3.7 Tỉ lệ phát gói tin thành công nguồn truyền tải CBR nguồn truyền tải TCP • Định tuyến phần đầu (Routing Overhead) - Trường hợp truyền tải CBR, giao thức DSR xác nhận định tuyến phần đầu thấp AODV di chuyển nút tăng Số nút nguồn thấp (10) việc thực thi DSR AODV gần bất chấp di động nút Nhưng với nút nguồn lớn (40), DSR vượt cao AODV với kịch di động cao Hơn DSR có định tuyến phần đầu thấp AODV, giao thức định tuyến DSR đáp ứng phân bố lớn định tuyến phần đầu (xem Hình 3.8) - Trường hợp truyền tải TCP, DSR thực tốt AODV (xem Hình 3.9) 61 Hình 3.8 Định tuyến phần đầu Hình 3.9 Định tuyến phần đầu nguồn truyền tải CBR nguồn truyền tải TCP • Tỉ lệ định tuyến thành công (Normalized Routing Load) - Trường hợp truyền tải CBR với nút nguồn (10) di động thấp DSR thực tốt hơn, di động tăng AODV thực tốt DSR, nút nút cao (40) DSR thực tốt AODV (xem Hình 3.10) - Trường hợp truyền tải TCP truyền tải mạng thấp (10) hai (AODV DSR) thực thi nhau, số nút nguồn cao (40) AODV thực tốt DSR (xem Hình 3.11) Hình 3.10 Tỉ lệ định tuyến thành cơng Hình 3.11 Tỉ lệ định tuyến thành công nguồn nguồn truyền tải CBR truyền tải TCP • Độ trễ trung bình End – to – End - Trường hợp nguồn truyền tải CBR, nút nguồn thấp đợ trễ trung bình End – to – End DSR có thể sánh với AODV, truyền tải mạng tăng (40) độ trễ DSR AODV khác biệt lớn (xem Hình 3.12) 62 - Trường hợp nguồn truyền tải TCP AODV thực tốt tất điều kiện (xem Hình 3.13) Hình 3.12 Đợ trễ End – to – End Hình 3.13 Đợ trễ End – to – End nguồn truyền tải CBR nguồn truyền tải TCP 3.4.1.3 Kết luận mơ mơ hình cụm di động với hai giao thức AODV DSR Từ Hình 3.6 đến Hình 3.13 chúng tơi kết luận rằng mơ hình cụm di động với nguồn truyền tải CBR, giao thức định tuyến AODV thực tốt Nhưng trường hợp nguồn truyền tải TCP giao thức DSR thực tốt Giao thức DSR định tuyến nguồn tải thấp AODV loại truyền tải Đợ trễ trung bình End – to – End AODV DSR hai loại truyền tải Trong tất trường hợp AODV thực tốt DSR truyền tải CBR phân phát liệu thời gian thực Nhưng DSR thực tốt trường hợp truyền tải TCP điều kiện giới hạn băng thông 3.4.2 Mô với giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH giao thức định tuyến khác Trong phần mô phỏng đánh giá giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH giao thức định tuyến [12] liên quan thuật toán sử dụng NS2 Các giả thuyết tham số theo xác định trước sau: 63 (1) Thông điệp đến một nút theo phân phối Poisson (2) Thời gian phục vụ theo phân phối hàm mũ luật FCFS (First Come First Service) (3) Mỗi một nút có khả lưu trữ hữu hạn (4) Cặp nút kết nối hai chiều (duplex link) khả lưu trữ 1000 kbps (5) Chiều dài thông điệp 5000 bits, không xét truyền lại ACK, thời gian cập nhật 20s Trong mô phỏng giao thức tầng MAC (Medium Access Control) sử dụng giao thức lược đồ MACA (Multiple Access Collision Avoidance) [12] Mô phỏng theo thí nghiệm điểm mơ phỏng chạy 10 lần giá trị điểm đồ thị khác giá trị trung bình tổng số lần chạy mô phỏng Topo mạng sử dụng mô phỏng cấu trúc mơ hình đồ thị ngẫu nhiên Waxman [12] Trong đồ thị ngẫu nhiên xác suất cạnh có thể là: d (u , v) Pe (u , v) = β exp − , αL (3.5) Trong đó - d(u, v) khoảng cách hình học từ nút u đến nút v - L khoảng cách cực đại hai nút - Tham số α tham số kiểm soát cạnh ngắn cạnh dài đồ thị ngẫu nhiên - Tham số β có thể sử dụng kiểm soát giá trị bậc trung bình đồ thị ngẫu nhiên Trong mơ phỏng β α chọn, trung bình một nút có bậc khoảng (4, 5) Khoảng cách hình học sử dụng đợ trễ mợt liên kết một giá ngẫu nhiên 64 khoảng (0, 1) sinh cho liên kết Cho đơn giản liên kết giả định hai chiều đối xứng Tỉ lệ thành cơng trung bình (Wreq) yêu cầu kết nối có thể cho bởi: Q Wreq = rpl Qreq (3.6) Trong đó - Qrpl tổng số yêu cầu kết nối thành công - Qreq tổng số yêu cầu kết nối Giao thức định tuyến hỗ trợ QoS multicast thực thi mô phỏng cho mạng phân tầng phẳng (flat) [11] ràng buộc băng thông độ trễ Độ đo thực thi giao thức QMRPCAH bao gồm tỉ lệ thành công trung bình cho yêu cầu kết nối trung bình tổng chi phí truyền thơng tin Thử nghiệm mơ phỏng bậc trung bình mợt nút bốn, mạng ngẫu nhiên với 200 nút sử dụng Trong mô phỏng chạy multicast ngẫu nhiên với số nút 30 (120) sinh số bên chọn ngẫu nhiên, nguồn cụm multicast chọn ngẫu nhiên Ràng buộc độ trễ D nút nhận phân bổ đoạn [20, 160] ms, ràng buộc băng thông B phân bố đoạn [10, 60] Từ Hình 3.14 đến Hình 3.17 cho thấy tỉ lệ thành cơng trung bình cho đợ trễ khác kích thước cụm multicast Hình 3.14 Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, Hình 3.15 Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, kích thước cụm 50 nút kích thước cụm 30 nút 65 Hình 3.16 Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, Hình 3.17 Tỉ lệ phát gói tin thành cơng, kích thước cụm 20 nút kích thước cụm 10 nút Cùng tham số mô phỏng sử dụng cho định tuyến phân tầng tốt định tuyến phẳng, tỉ lệ thành cơng trung bình tương tự hai trường hợp Độ trễ đường thông điệp SF tăng với độ trễ nút Vậy với kích thước cho, số thơng điệp loại bỏ điều kiện chuyển tiếp QoS tăng tỉ lệ thành cơng giảm với mợt gia tăng độ trễ nút, từ đó chiều dài đường trung bình thơng điệp SF cao cho nút nút hơn, điều bật 10 nút so với trường hợp khác Trong hình kích thước cụm multicast 50 nút Hình 3.14, 30 nút Hình 3.15, 20 nút Hình 3.16, 10 nút Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 cho thấy chi phí thơng tin điều khiển ràng ḅc QoS đợ trễ, cụm kích thước 50, cụm kích thước 10, vượt trội định tuyến phân cụm giới hạn tổng chi phí thơng tin điều khiển thấp so với định tuyến phẳng thấy rõ ràng hình đợ trễ Hình 3.18 Chi phí thơng tin điều khiển Hình 3.19 Chi phí thơng tin điều khiển với kích thước cụm 50 nút với kích thước cụm 10 nút 66 Tiếp theo nghiên cứu tác động di động vào việc thực thi giao thức đưa liên quan đến tỉ lệ phát gói tin tốc độ di động khác độ tin cậy di động Trước tiên xem xét tốc độ di động ảnh hưởng đến tỉ lệ phân phát gói tin thành công từ đó thấy hiệu giao thức Tỉ lệ phân phát gói định nghĩa sau: Số gói tin liệu nhận đích Số gói tin liệu phát nguồn Mỗi một nút di chuyển với tốc độ một hằng số định nghĩa trước, Tỉ lệ phát gói tin thành công = hướng di chuyển nút lựa chọn ngẫu nhiên nút đến biên không gian mô phỏng chúng quay trở lại tiếp tục di chuyển Tốc độ di chuyển nút giá trị đoạn km/giờ đến 72 km/giờ Hình 3.20 cho thấy tỉ lệ phân phát gói tin thành công giao thức QMRPCAH, ODMRP [12] AMRIS [4] tốc đợ di chuyển khác Hình 3.20 Tỉ lệ phát gói tin thành công giao thức phân cụm QMRPCAH, ODMRP AMRIS Giao thức ODMRP cho thấy thực thi tốt chí trường hợp đợng cao, giao thức cung cấp tuyến đường dư thừa với một topo lưới kênh phân phát gói tin đến đích trì cao tuyến đường 67 không sẵn sàng Dư thừa đường có thể làm cho ODMRP liệu nhỏ di động cao, QMRPCAH cho thấy thực thi tốt Tỉ lệ phân phát gói tin nó ổn định tốc đợ di đợng khác Từ Hình 3.20 thấy rằng giao thức phân cụm QMRPCAH ODMRP tỉ lệ phân phát gói tin thành công gần nhau, AMRIS hiển thị thực thi Từ đó nó xây dựng một chia (dùng chung) phổ biến liệu, có một đường thành viên nút Nếu một liên kết đơn phá vỡ di chuyển nút, xung đột tranh chấp gói, đích có thể khơng nhận gói tin AMRIS xác nhận di chuyển nút phá vỡ chế đèn báo hiệu Các nút gởi đèn báo hiệu hàng giây hàng xóm xem xét di chuyển đường đi, đèn báo liên tiếp nó không nhận Vậy trường hợp tốt giây sau liên kết phá vỡ cho AMRIS bắt đầu điều chỉnh lại So với AMRIS ODMRP, QMRPCAH có tiến bộ QoS hỗ trợ phù hợp mạng Ad hoc hoc phân tầng tỉ lệ lớn 3.5 Kết luận chương Trong chương tìm hiều kỹ thuật phân cụm giao thức định tuyến phân cụm mạng MANET giao thức QMRPCAH, ODMRP, AMRIS, mơ hình cụm di đợng phù hợp với thức tế xã hội nay, so sánh dịch vụ truyền tải CBR TCP với hai giao thức AODV DSR theo mơ hình phân cụm tương ứng, từ đó đưa giải pháp hợp lý cho mơi trường mạng thực Mơ hình cụm di động với nguồn truyền tải CBR, giao thức định tuyến AODV thực tốt Nhưng trường hợp nguồn truyền tải TCP giao thức DSR thực tốt Giao thức DSR định tuyến nguồn tải thấp AODV loại truyền tải Độ trễ trung bình End – to – End AODV thấp DSR hai loại truyền tải Trong tất trường hợp AODV thực tốt DSR truyền tải CBR phân phát liệu thời gian thực 68 Nhưng DSR thực tốt trường hợp truyền tải TCP điều kiện giới hạn băng thông Các nghiên cứu cho thấy rằng giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH có thể cung cấp phương pháp sẵn định tuyến multicast QoS cho MANET phân cụm So với AMRIS ODMRP, QMRPCAH có tiến bộ QoS hỗ trợ phù hợp mạng Ad hoc hoc phân tầng tỉ lệ lớn 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt luận văn Tìm hiểu tổng quan mạng máy tính cụ thể mạng không dây mạng MANET, kỹ thuật, công nghệ dùng cho mạng cách phân loại, mơ hình mạng khơng dây tương ứng, đặc điểm ứng dụng, mơ hình mạng máy tính với lớp thuật toán định tuyến mạng không dây Đồng thời luận văn tìm hiểu nguyên tắc phân cụm mạng MANET giao thức định tuyến phân cụm mạng MANET kèm theo chất lượng dịch vụ, giao thức định tuyến dùng cho cụm di động tương ứng nên chọn lựa giao thức cho phù hợp, một số giao thức định tuyến phân cụm khác ODMRP AMRIS Sau tìm hiểu mạng máy tính, mạng không dây mạng MANET thiết kế, cài đặt cho loại mơ hình đánh giá hiệu mạng, so sánh thấy ưu điểm vấn đề phân cụm mạng MANET, nhằm mục đích đưa giải pháp tốt cho loại với mơi trường tương ứng Chúng tơi tìm hiều kỹ thuật phân cụm giao thức định tuyến phân cụm mạng MANET giao thức QMRPCAH, ODMRP, AMRIS, mơ hình cụm di đợng phù hợp với thức tế xã hội nay, so sánh dịch vụ truyền tải CBR TCP với hai giao thức AODV DSR theo mơ hình phân cụm tương ứng, từ đó đưa giải pháp hợp lý cho mơi trường mạng thực Mơ hình cụm di đợng với nguồn truyền tải CBR, giao thức định tuyến AODV thực tốt Nhưng trường hợp nguồn truyền tải TCP giao thức DSR thực tốt Giao thức DSR định tuyến nguồn tải thấp 70 AODV loại truyền tải Đợ trễ trung bình End – to – End AODV thấp DSR hai loại truyền tải Trong tất trường hợp AODV thực tốt DSR truyền tải CBR phân phát liệu thời gian thực Nhưng DSR thực tốt trường hợp truyền tải TCP điều kiện giới hạn băng thông Các nghiên cứu cho thấy rằng giao thức định tuyến phân cụm QMRPCAH có thể cung cấp phương pháp sẵn định tuyến multicast QoS cho MANET phân cụm Định hướng phát triển đề tài Vấn đề hướng phát triển tiếp tiếp tục nghiên cứu định tuyến phân cụm, với thành viên một cụm ngẫu nhiên phụ thuộc vào độ đo (độ tương tự) để phân cụm Dựa vào thuật toán phân cụm xác định lại trọng tâm cụm có thay đổi cụm trọng tâm bị chết tìm cách thay trọng tâm như: K-means, Gaussian, K-Medoids, Incremental Clustering, K-Nearest Neighbor, Nearest Cluster để phân cụm, nhằm mục đích đưa đến giải pháp tối ưu cho việc sử dụng mạng MANET 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Đức Cường, Hoàng Đức Hải (2002), Internetworking với TCP/IP, Nxb Lao động – Xã hợi, Hồ Chí Minh, Võ Thanh Tú (2008), Bài giảng chuyên đề mạng không dây, Trường Đại học Khoa học Huế, Huế Phạm Văn Trung (2009), Nghiên cứu giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu mang MANET, Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin, Trường Đại học Khoa học Huế, Huế Tiếng Anh C.W Wu, Y.C Tay, C.K Toh (1998), “Ad hoc Multicast Routing protocol utilizing Increasing id-numbers (AMRIS) Functional Specification”, Internet-Draft, China Fan Bai, Ahmed Helmy (2003), “A Framework to systematically analyze the Impact of Mobility on Performance of Routing Protocols for Ad hoc Networks”, IEEE INFOCOM, India Harminder S Bindra, Sunil K Maakar and A L Sangal (2010), “Performance Evaluation of Two Reactive Routing Protocols of MANET using Group Mobility Model”, Department of Computer Science and Engineering National Institute of Technology, India Huayi Wu, Xiaohua Jia (2006), “QoS multicast routing by using multiple paths/trees in wireless ad hoc networks”, Computer School, Wuhan University, Luoyu Road 129, Wuhan 430079 China, Department of Computer Science, City University of Hong Kong, Hong Kong 72 Karthik Sadasivam (2005), “Tutorial for Simulation – based Performance Analysis of MANET Routing Protocols in ns-2”, ScienceDirect, L Kou, G.Markowsky, L Berman (1981), “A fast algorithm for Steiner trees in graphs”, Acta Informatica 15, pp 141–145 10 L Layuan, L Chunlin (2000), “A routing protocol for dynamic and large computer networks with clustering topology”, Department of Computer Science and Engineering, Wuhan Transportation University, Wuhan 430063, People's Republic of China 11 L Layuan, L Chunlin (2003), “A distributed QoS-aware multicast routing protocol”, Acta Informatica, vol 40/3, Spring-Verlag, Heidelberg, pp 211–233 12 Li Layuan, Li Chunlin (2007), “A QoS multicast routing protocol for clustering mobile ad hoc networks”, Department of Computer Science, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, PR China 13 P.G Harrison, N.M Patel (1999), Performance Modeling of Communication Networks and Computer Architectures, AddisonWesley, Reading, MA 14 P.V Orlik, S Rappaport (1998), “A model for teletraffic performance and channel holding time characterization in wireless cellular communication with general session and dwell time distribution”, IEEE JSAC, 16 (5), pp 788–803 15 S.Corson and J.Macker (1999), “Routing Protocol Performance Issues and Evaluation considerations”, RFC2501, IETF Network Working Group, 16 Xiaojiang Du (2004), “QoS routing based on multi-class nodes for mobile ad hoc networks” Department of Engineering, Indiana 73 University–Purdue University, 2101 E Coliseum Blvd, Fort Wayne, IN 46805, USA 17 Yan Zhang, Jim Mee Ng, Chor Ping Low (2008), “A distributed group mobility adaptive clustering algorithm for mobile ad hoc networks”, School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 18 Yao Yu, Lei Guo, Xingwei Wang, Cuixiang Liu (2009), “Routing security scheme based on reputation evaluation in hierarchical Ad Hoc networks”, College of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, China 19 Yinfei Pan (1998), “Design Routing Protocol Performance Comparison in NS2: AODV comparing to DSR as Example” Department of Computer Science SUNY Binghamton Vestal Parkway East, Vestal, NY 20 http://nile.usc.edu/important/referred on February 2010 ... tượng phạm vi nghiên cứu Nợi dung luận văn sâu nghiên cứu giao thức định tuyến phân cụm mạng MANET Đồng thời đánh giá hiệu một số giao thức định tuyến phân cụm tiêu biểu mạng MANET dựa phương... nghiên cứu luận văn Chương nghiên cứu giao thức định tuyến phân cụm mạng MANET, chương đưa mợt giải pháp cho mạng MANET nhằm mục đích cao hiệu sử dụng mạng, đó giao thức định tuyến phân cụm có... Kết luận chương 19 iv Chương .21 NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CỤM TRÊN MẠNG MANET 21 2.1 Giao thức định tuyến AODV DSR 21 2.1.1 Giao thức định tuyến