Với mục đích đánh giá hiệu suất của các giao thức định tuyến trong mạng MANET, chúng tôi đã xây dựng các mạng mô phỏng với các mô hình di chuyển khác nhau Random Waypoint, Random Walk và Random Direction trong ba thí nghiệm. Các giao thức mà chúng tôi đánh giá hiệu suất là DSDV, OLSR, DSR, AODV, TORA thuộc nhiều kỹ thuật định tuyến khác nhau bao gồm định tuyến trước, định tuyến theo yêu cầu, định tuyến nguồn, định tuyến phân tán, định tuyến trên cơ sở véc tơ khoảng cách, định tuyến trên cơ sở trạng thái liên kết,… Thông qua mô phỏng, mỗi giao thức đã thể hiện tính hiệu quả khác nhau của các cơ chế định tuyến. Sau đây là những kết luận chung về hiệu suất của từng giao thức và giữa các cơ chếđịnh tuyến.
DSDV là giao thức chủứng dựa trên vec tơ khoảng cách. Giao thức làm việc tốt trong trường hợp cấu hình mạng có tốc độ thay đổi thấp, phân phát thành công trung bình trên 86% các gói tin dữ liệu (thí nghiệm 1) và tỉ lệ này giảm đi khi sự
thay đổi mạng tăng lên. DSDV phân phát thành công trung bình trên 74% trong thí nghiệm 2 và thấp hơn trong thí nghiệm 3 với trên 55%. Khi mạng có nhiều thay đổi, DSDV hội tụ chậm. Trong trường hợp 10 nguồn ở thí nghiệm 1, trễ phân phát gói tin của DSDV thấp và ổn định, tuy nhiên trong thí nghiệm 2 và 3 có giá trị cao hơn các giao thức phản ứng AODV, DSR. Ngoài ra, là giao thức chủứng, kết quả cũng cho thấy tải định tuyến của DSDV khá ổn định với các thay đổi mạng.
Cũng là giao thức chủ ứng, nhưng OLSR là giao thức định tuyến mạng MANET cải tiến dựa trên phương pháp định tuyến trạng thái liên kết. Điểm nổi bật trong cơ chế định tuyến của OLSR là việc sử dụng nhóm MPR. Theo kết quả mô phỏng, OLSR cho kết quả tỉ lệ phân phát gói tin thành công rất tốt, trên 90% trong thí nghiệm 1, trên 98% trong thí nghiệm 2 và trên 94% trong thí nghiệm 3. Điều đó
cho thấy OLSR làm việc tốt trong trường hợp mạng tập trung, mật độ nút cao (thí nghiệm 2). Do thực hiện định tuyến trước, độ trễ phân phát gói tin của OLSR thấp so với các giao thức phản ứng AODV, DSR và tương đương với giao thức DSDV (thí nghiệm 1). Cũng giống DSDV, OLSR có tải định tuyến ổn định với các mức di chuyển (thí nghiệm 1), cao hơn các giao thức chủ ứng AODV, DSR trong trường hợp tốc độ thay đổi cầu hình mạng thấp nhưng thấp hơn khi mạng phi tập trung và nhiều thay đổi (thí nghiệm 1, 2, 3).
Thuộc giao thức định tuyến phản ứng, AODV là sự kết hợp cơ chếđịnh tuyến véc tơ khoảng cách của DSDV và cơ chế định tuyến phản ứng theo yêu cầu của DSR. Kết quả phân phát gói tin thành công của AODV rất tốt, đạt tỉ lệ 98% trong thí nghiệm 1, 98,8% trong thí nghiệm 2 và trên 97% trong thí nghiệm 3. So với giao thức DSDV, AODV cho kết quả phân phát gói tin cao hơn trong cả ba thí nghiệm. Với DSR, AODV cho kết quả tốt tương đương khi mức di chuyển thấp (thí nghiệm 1), khi mạng có nhiều thay đổi AODV cho kết quả tốt hơn DSR (thí nghiệm 1, 2,3). Một kết quảđáng chú ý của AODV là độ trễ phân phát gói tin thấp. Mặc dù là giao thức phản ứng theo yêu cầu, AODV có độ trễ phân phát gói tin tương đương với các giao thức chủ ứng DSDV và OLSR trong cả ba thí nghiệm. Tuy nhiên, kết quả mô phỏng cũng cho thấy, phí tải định tuyến của AODV khá cao khi sự di chuyển trong mạng tăng. Trong các trường hợp đó, mức tải định tuyến của AODV cao hơn DSR.
Khác với AODV, DSR là giao thức phản ứng dựa trên định tuyến nguồn. Mục
đích trong thiết kế của DSR là loại bỏ các chí phí cho cập nhật định kỳ đường và phát hiện hàng xóm với việc định tuyến nguồn. Tuy nhiên, kết quả cho thấy DSR chỉ thực hiện tốt với mức di chuyển và tải trung bình. Khi mức di chuyển và tải tăng, hiệu suất của DSR giảm rõ rệt (thí nghiệm 1,3). Điều này được thể hiện rõ trong kết quả phân phát gói tin, đỗ trễ phân phát và tải định tuyến. Nguyên nhân là do DSR áp dụng cơ chế trả lời tất cả các yêu cầu tìm đường. Cơ chế này giúp DSR thu thập được nhiều đường và phân phát gói tin tốt hơn. Tuy nhiên, khi mức di chuyển trong mạng tăng, khả năng các đường đi trong cache bị “ôi” tăng do DSR chưa có đặc tả hết hạn đường đi trong cache. Ngoài ra với khả năng “học” và “nghe
trộm” đường, cơ chế của DSR cũng làm tăng khả năng phát tán các đường đi đã bị
“ôi” trong cache. Cơ chế gửi route error của DSR cũng rất hạn chế chỉ với các nút nằm trên đường đi qua của gói tin dữ liệu.
TORA cũng là một trong ba giao thức định tuyến phản ứng được đánh giá hiệu suất. Hoạt động của TORA dựa trên giải thuật đảo ngược liên kết (link reversal). Tuy nhiên, thiết kế của TORA không thực hiện chức năng cảm nhận liên kết. Giao thức giả thiết chức năng này được thực hiện bởi lớp liên kết hoặc một giao thức khác như IMEP. Trong các mô phỏng được thực hiện, TORA dựa trên IMEP
để cảm nhận liên kết. Trong các thí nghiệm 2 và 3 với trường hợp 10 nguồn, TORA cho kết quả tốt với tỷ lệ phân phát gói tin thành công đạt 95,6% trong thí nghiệm 2 và 88% trong thí nghiệm 3. Tuy nhiên, trong các trường hợp còn lại mạng đã không thể thao tác được với tất cả các truyền thông tạo ra bởi giao thức định tuyến. Kết quả là một phần đáng kể các gói tin dữ liệu đã bị loại bỏ và hiệu suất TORA đạt
được rất thấp.
So sánh giữa các giao thức, các nhận xét sau được rút ra từ kết quả mô phỏng. Trong các giao thức chủ ứng, OLSR cho kết quả tốt hơn DSDV trong hầu hết các trường hợp. Với các giao thức phản ứng, AODV thể hiện kết quả tốt nhất mặc dù tải
định tuyến còn khá cao với các mạng có nhiều thay đổi. Thể hiện sự kết hợp giữa phương pháp phản ứng và sử dụng bảng, AODV cũng cho kết quả định tuyến tốt hơn hai giao thức có liên quan là DSR và DSDV.
KẾT LUẬN
Luận văn đã trình bày các kết quả nghiên cứu về vấn đề định tuyến trong mạng MANET, một lĩnh vực làm việc mới của mạng không dây. Đây là vấn đề khó và quan trọng trong hoạt động của loại mạng này. Để hoạt động tốt, giao thức cần giải quyết được các vấn đề giữa hiệu suất và phí tổn hoạt động.
Tuy nhiên, để đánh giá các yêu cầu này không chỉ cần đến những phân tích
định tính về các giải thuật, cần thiết hơn là sự đánh giá các giao thức trong những môi trường có các yếu tố phức tạp của mạng thực. Luận văn đã nghiên cứu một cách chi tiết môi trường mạng, các yêu cầu đối với một giao thức định tuyến làm việc hiệu quả và xây dựng các mạng mô phỏng với các yếu tố cần thiết mà môi trường thực có thểđặt ra cho các giao thức. Từđó, chúng tôi đưa ra các thí nghiệm với các tham số cấu hình mạng đa dạng cho việc kiểm tra các giao thức. Với các kết quả tính toán, chúng tôi đã có được những đánh giá định lượng về hiệu suất các giao thức và cho phép có thể so sánh các yếu tố hoạt động khác nhau giữa các giao thức.
Cụ thể, chúng tôi đã xem xét chi tiết hoạt động của năm giao thức định tuyến DSDV, OLSR, AODV, DSR và TORA. Năm giao thức này sử dụng các kỹ thuật
định tuyến khác nhau: DSDV là giao thức chủ ứng dựa trên véc tơ khoảng cách; OLSR là giao thức chủ ứng dựa trên trạng thái liên kết; AODV là giao thức phản
ứng dựa trên bảng véc tơ khoảng cách; DSR là giao thức phản ứng dựa trên định tuyến nguồn; và TORA là giao thức phản ứng dựa trên giải thuật đảo ngược liên kết. Kết quả mô phỏng cho phép chúng tôi đưa ra các kết luận như sau:
• DSDV cho kết quả làm việc tốt khi mạng có tốc độ thay đổi cấu hình thấp và tải định tuyến ổn định. Tuy nhiên, hội tụ chậm và hiệu suất giảm khi mạng có nhiều thay đổi.
• OLSR thể hiện rõ ưu điểm khi làm việc trong các mạng tập trung và có mật độ nút cao.
• AODV là giao thức phản ứng có kết quả hoạt động tốt khi mạng có các thay đổi cấu hình và tải mạng khác nhau. Tuy nhiên, tải định tuyến là vấn
đề với AODV khi mạng có nhiều thay đổi và được mở rộng.
• DSR hoạt động phản ứng dựa trên định tuyến nguồn. Giao thức đã hạn chế triệt để các cập nhật định tuyến trong trường hợp mạng có tốc độ thay
đổi trung bình và cho kết quả phân phát gói tin tốt. Tuy nhiên, các cơ chế
của giao thức chưa tối ưu khi mạng thay đổi lớn với sự bùng nổ các gói tin điều khiển.
• TORA có kết quả phụ thuộc nhiều vào giao thức cảm nhận liên kết. Trong các thí nghiệm, TORA hoạt động tốt trong trường hợp mạng có ít thay đổi và tải thấp. Tuy nhiên, tắc nghẽn xảy ra trong mạng khi có nhiều di chuyển và hiệu suất của giao thức đạt được rất thấp.
Kết quả nghiên cứu của luận văn đã cho thấy các vấn đề về tính hiệu quả và chí phí hoạt động của các giao thức định tuyến. Tuy nhiên, còn rất nhiều các vấn đề khác của các giao thức cần được xem xét như:
9 Vấn đề bảo mật
9 Các yêu cầu hiệu suất liên quan tới các ứng dụng cụ thể như vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS),…
9 Sự kết nối mạng MANET với Internet
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Nguyễn Minh Nguyệt, Nguyễn Đình Việt. Đánh giá các giao thức định tuyến trong mạng MANET không dây. Kỷ yếu Hội thảo quốc gia “Một số vấn đề
chọn lọc của Công nghệ thông tin”, Đà Nẵng. 08/2004.
2. Nguyen Manh Ha, Nguyen Minh Nguyet, Nguyen Dinh Viet. Simulation-based evaluation of routing protocols and Internet access in mobile wireless ad hc networks. Giải Nhất- Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên và học viên cao học, Khoa Công nghệ, ĐHQGHN. 05/2004.
3. Nguyen Dinh Viet, Nguyen Manh Ha, Nguyen Minh Nguyet. A comparison of caching solutions to improve web cache consistency in scalable networks. Kỷ
yếu Hội thảo quốc gia “Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ thông tin”, Thái Nguyên. 08/2003.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Vũ Duy Lợi (2002), Mạng thông tin máy tính: Kiến trúc, nguyên tắc và hiệu suất hoạt động, Nhà xuất bản Thế giới, Hà Nội.
2. Nguyễn Đình Việt (2003), Nghiên cứu phương pháp đánh giá và cải thiện hiệu năng giao thức TCP cho mạng máy tính, Luận án Tiến sỹ, Khoa Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh
3. Andrew S. Tanenbaum (2003), Computer Networks, Fourth Edition, Prentice Hall, March 2003.
4. C. Perkins, E. Belding-Royer, S. Das. (2003), Ad hoc On-Demand Distance
Vector (AODV) Routing, IETF Mobile MANET Network Working Group,
Internet Draft, work in progress, 19 October 2003.
5. Charles E. Perkins, Pravin Bhagwat. (1994), “Highly dynamic Destination- Sequenced Distance Vector routing (DSDV) for mobile computers”, ACM
SIGCOMM Computer Comm. Rev., 4(24), pp. 234-244, 1994.
6. David A. Maltz (2001), On-Demand Routing in Multi-hop Wireless Mobile Ad
hoc Networks, PhD Thesis, School of Computer Science, Carnegie Mellon
University, 2001.
7. David B. Johnson, David A. Maltz, Yih-Chun Hu. (2003), “The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad hoc Networks (DSR)”, Published by
IETF as RFC, work in progress, April 2003.
8. David B. Johnson, David A. Maltz. (1996), “Dynamic Source Routing in Ad hoc wireless networks”, In Mobile Computing, Klumer Academic Publisher, pp. 153-181, 1996.
9. Elizabeth M.Royer, C-K Toh (1999), “A review of current routing protocols for Ad hoc Mobile Wireless Networks”, IEEE Personal Communications, 6(2):46– 55, April 1999.
10.Francisco J. Ros (2005), UM-OLSR v0.8.7, http://ants.dif.um.es/masimum/um- olsr/html/index.html.
11.IEEE Standards Department (2004), Wireless LAN medium access control
(MAC) and physic layer (PHY) specifications, IEEE standard 802.11.??
12.IETF MANET Working Group, http://www.ietf.org/html.charters/manet- charter.html.
13.J. Broch, D.A. Maltz, D.B. Johnson, Y-C. Hu and J. Jetcheva. (1998), “A performance comparison of multi-hop wireless ad hoc network routing
protocols”, MobiCom’98, Proceedings of 4th Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking, pages 85–97, October 1998. 14.Jie Wu, Ivan Stojmenovic (2004), Ad hoc Networks, IEEE February 2004. 15.Jochen H, Schiller. (2000), Mobile communication, Published by Addision
Wesley 2000.
16.John Jubin and Janet D. Tornow. (1987), “The DARPA packet radio network protocols”, Proceedings of the IEEE, 75(1):21–32, 1987.
17.K. Fall, K. Vardhan, The Network Simulator (ns-2) User Manual, The VINT Project.
18.Laura M.F. (1999), “Taxonomy for Routing Protocols in MANET”, SICS
Technical Report T99/07.
19.Lee Breslau, Deborah Estrin, Kevin Fall (2000), “Advances in Network Simulation”, IEEE, the VINT Project.
20.Magnus F., Per Johanson, Peter L. (2000), “Wireless Ad hoc networking - The art of networking without a network”, Ericsson Review, No.4, pp. 248-263. 21.N.Milanovic, M.Malek, A.Davidson, V.Milutinovic. (2004), “Routing and
security in mobile ad hoc networks”, IEEE February 2004.
22.Raj Jain, (1991), Art of Computer Systems Performance Analysis Techniques
For Experimental Design Measurements Simulation And Modeling, Wiley
Computer Publishing, John Wiley & Sons, January 1991.
23.Ramjee P., Marina R. (2003), Technology Trends in Wireless Communications, Artech House Publisher. 2003.
24.S. Corson, J. Macker. (1999), “MANET: Routing Protocol Performance Issues and Evaluation considerations”, RFC 2501, IETF Network Working Group. January 1999.
25.S.R. Das, C.E. Perkins, and E.M. Royer. (2000), “Performance comparison of two on-demand routing protocols for ad hoc networks”, Proceedings IEEE
INFOCOM 2000, pp 3–12, March 2000.
26.T. Clausen, Ed., P. Jacquet, Ed. (2003), “Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)”, RFC 3626, IETF Network Working Group.
27.The VINT Project, The network simulator - ns-2, http://www.isi.edu/nsnam/ns/. 28.Tracy Camp, Jeff Boleng, Vanessa Davies (2002), “A Survey of Mobility
Models for Ad hoc Network Research”, Wireless Communication & Mobile
Computing (WCMC): Special issue on Mobile Ad hoc Networking: Research, Trends and Applications, 5(2), pp. 483-502, 2002.
29.V. Park and M. Corson (2001), “Temporally-Ordered Routing Algorithm (TORA)”, IETF Internet Draft, work in progress, 20 July 2001.
30.V. Park, S. Corson (1997), “A Highly Adaptive Distributed Routing Algorithm for Mobile Wireless Networks”, Proceedings of INFOCOM ’97, 3:1405–1413, April 1997.
31.VINT Project, UC Berkely, LBL, USC/ISI, and Xerox PARC. (2005), The ns
Manual (formerly ns Notes and Documentation),
http://www.isi.edu/nsnam/ns/ns-documentation.html.
32.Xukai Zou, Byrav R., Spyros M. (2001), Routing Techniques in Wireless Ad hoc Networks - Classification and Comparison.
33.Per Johansson, Tony Larsson, Nicklas Hedman (1999), “Scenario-based performance analysis of routing protocols for mobile ad hoc networks”, In
Proceedings of the 4th annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking, 08/1999.