3.4.1 Mô phỏng di chuyển trong mạng
3.4.1.1 Trễ trung bình đầu cuốiđầu cuối
Tệp kịch bản Tệp truyền thông NS2 NAM Xử lý số liệu Tệp đầu ra .nam .tr Gnuplot
Hình 3-6 Trễ trung bình đầu cuối-đầu cuối theo thời gian dừng Từ đồ thị có thể thấy:
Thời gian dừng nhỏ (topo mạng thay đổi nhiều) thì trễ của 3 giao thức lớn hơn khi thời gian dừng lớn (mạng tương đối ổn định).
Trong 3 giao thức, DSDV có thời gian trễ nhỏ nhất, tiếp theo là AODV và DSR có thời gian trễ lớn nhất. Có nhiều nguyên nhân gây trễ trong quá trình bản tin được gửi từ nguồn tới đích như thời gian bản tin trong hàng đợi, thời gian chuyển tiếp cũng như thời gian phát lại bản tin, thời gian khám phá tuyến… Cả 3 giao thức đều sử dụng lưu lượng CBR để truyền bản tin, có chiều dài hàng đợi như nhau do đó coi như thời gian chuyển tiếp, thời gian trong hàng đợi… là như nhau. Chúng chỉ khác nhau ở thời gian khám phá tuyến và duy trì tuyến. Như đã biết, DSDV cập nhật thông tin định kỳ giữa các nút trong mạng, mỗi lần phát bản tin cập nhật, các nút mạng sẽ gửi thông tin của bản thân nút đó với toàn bộ thông tin về các nút đích khác mà nó có trong bảng định
tuyến, do đó thời gian hội tụ của mạng sử dụng giao thức DSDV khá nhanh. Trong khi DSR và AODV là giao thức định tuyến theo yêu cầu, nó chỉ thiết lập tuyến đường đến đích khi được yêu cầu. Do đó, mỗi lần nút nguồn muốn gửi bản tin tới đích, nó lại phải khởi động quá trình khám phá tuyến nếu không tìm thấy tuyến đường thích hợp. Sau đó, nút nguồn lại phải đợi các nút đích gửi bản tin trả lời thì nó mới có thể bắt đầu quá trình trao đổi. Mặt khác trong quá trình duy trì tuyến của DSR, sau khi các nút gửi bản tin dữ liệu tới nút tiếp theo, nó còn yêu cầu các nút này gửi lại một xác nhận. Nếu không nhận được bản tin xác nhận, các nút này sẽ phát lại bản tin đó cho tới khi nhận được xác nhận từ nút tiếp theo. Do đó, DSR có thời gian trễ lớn hơn AODV dù 2 giao thức này đều là giao thức định tuyến theo yêu cầu. Như vậy, cách thức hoạt động của các giao thức là nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt về trễ.
3.4.1.2 Tỷ lệ mất gói
Khi topo mạng thay đổi nhiều nhất (thời gian dừng bằng 0) thì tỷ lệ mất gói gần như cao nhất, và giảm dần khi mạng ổn định (thời gian dừng tăng).
Tỷ lệ mất gói của 3 giao thức trong mô phỏng là khá cao do băng thông sử dụng trong mô phỏng theo chuẩn 802.11b là 2Mbps, mỗi nút mạng có trung bình 2 kết nối với chiều dài hàng đợi là 200 bản tin/s tức là khoảng 0.78Mbps, trong khi tốc độ phát gói tại mỗi nút là 300 bản tin/s tức là khoảng 1.1Mbps, chưa tính tới các yếu tố ảnh hưởng khác như phạm vi truyền, nhiễu, thời gian xử lý…
Có thể thấy trong 3 giao thức, DSDV có tỷ lệ mất gói nhiều nhất trong khi DSR và AODV gần như nhau. Do AODV và DSR có quá trình khám phá tuyến tin cậy hơn, bản tin định tuyến chỉ mang thông tin về tuyến đường yêu cầu, các nút mạng không nằm trên tuyến sẽ không tham gia vào quá trình khám phá tuyến. Do đó bảng định tuyến của 2 giao thức này được tối ưu, khi topo mạng thay đổi, các nút mạng kịp thời thông báo cho nhau và tìm một tuyến đường thích hợp khác. Trong khi với giao thức DSDV, mỗi lần cập nhật, các nút mạng sẽ phải gửi toàn bộ thông tin có trong bảng định tuyến của nó. Trong trường hợp topo mạng thay đổi nhiều, có thể sẽ gây ra “cơn bão” các bản tin định tuyến làm các nút không cập nhật được thông tin hoặc cập nhật sai dẫn đến tỷ lệ mất gói cao.
3.4.1.3 Routing overhead
Hình 3-8 Routing overhead theo thời gian dừng
Khi thời gian dừng bằng 0, số lượng bản tin định tuyến của cả 3 giao thức là lớn nhất do nút mạng dịch chuyển nhiều làm cho các liên kết giữa chúng đứt và mỗi khi phát hiện có liên kết đứt hoặc nút mạng liên kết không thể tới được, các giao thức sẽ lập tức gửi bản tin thông báo tới các nút hàng xóm khác. Khi mạng càng ổn định, tỷ lệ bản tin định tuyến càng giảm.
Trong 3 giao thức, tỷ lệ bản tin định tuyến của DSDV cao nhất do đặc điểm của DSDV là cập nhật thông tin định kỳ ngay cả khi topo mạng không thay đổi, bao gồm những thông tin định tuyến không sử dụng tới cũng được gửi. Khi nút mạng dịch chuyển càng nhiều, thông tin định tuyến tăng, DSDV phải quảng bá bản tin định tuyến theo kiểu “full dump” càng tạo ra nhiều overhead. Việc này làm tốn băng thông, ảnh hướng tới quá trình trao đổi dữ liệu giữa các nút trong mạng và tiêu tốn nguồn nuôi của các thiết
bị di động. Khác với DSDV, AODV và DSR chỉ thực hiện khám phá tuyến khi được yêu cầu và bản tin định tuyến chỉ mang thông tin về tuyến đường yêu cầu do đó tỷ lệ bản tin định tuyến của 2 giao thức này thấp hơn. Tuy nhiên có thể thấy bản tin định tuyến của DSR vẫn lớn hơn AODV do DSR hỗ trợ liên kết 1 chiều, nên trong quá trình khám phá tuyến, khi nút đích muốn gửi một bản tin trả lời về nguồn nhưng không có định tuyến tới nguồn, nó lại phải thực hiện quá trình khám phá tuyến về nguồn và lại quảng bá bản tin yêu cầu tuyến tới các nút hàng xóm của nó. Ngoài ra, trong quá trình duy trì tuyến, các nút sau khi nhận được bản tin dữ liệu từ nút trước nó, sẽ phải gửi lại một bản tin xác nhận do đó DSR có tỷ lệ bản tin định tuyến lớn hơn AODV.
3.4.2 Mô phỏng kích cỡ mạng
Hình 3-9 Trễ trung bình đầu cuối-đầu cuối theo thời gian dừng khi thay đổi kích cỡ mạng.
Khi tăng kích cỡ mạng từ 200 lên 500 nút (tăng gấp 2,5 lần), trễ của cả 3 giao thức đều tăng đáng kể. Trong đó, thời gian trễ của DSDV vẫn nhỏ nhất. Mặt khác 3 đường đồ thị đã có sự tách biệt rõ ràng. DSR vẫn có thời gian trễ lớn nhất do quá trình trao đổi bản tin của DSR có yêu cầu xác nhận từ nút nhận như đã nói ở trên.
3.4.2.2 Tỷ lệ mất gói
Khi mạng mở rộng hơn, tỷ lệ mất gói của cả 3 giao thức đều tăng, trong đó DSDV luôn có tỷ lệ mất gói nhiều nhất do DSDV cập nhật bản tin định tuyến định kỳ, khi kích cỡ mạng tăng các bản tin định tuyến có thể tạo ra “cơn bão” định tuyến làm tắc nghẽn mạng hoặc không tìm được tuyến đường yêu cầu dẫn đến mất gói. Mặt khác có thể thấy, khi số nút trong mạng tăng lên 500 nút DSR và AODV đã có sự khác biệt rõ ràng. Tỷ lệ mất gói của DSR là thấp nhất do quá trình khám phá tuyến và duy trì tuyến của DSR có những đặc điểm tối ưu hơn như đã trình bày ở trên. Như vậy, khi kích cỡ mạng nhỏ phương thức hoạt động của AODV và DSR có hiệu quả như nhau, AODV có phần vượt trội hơn do trễ trung bình đầu cuối – đầu cuối thấp hơn, nhưng khi kích cỡ mạng tăng DSR đã thể hiện rõ những ưu điểm của mình mặc dù trễ trung bình đầu cuối – đầu cuối của DSR là lớn nhất.
Hình 3-11 Routing overhead theo thời gian dừng khi thay đổi kích cỡ mạng. Số bản tin định tuyến tăng đáng kể khi kích cỡ mạng thay đổi trong đó DSDV luôn có số bản tin định tuyến lớn hơn. Mặt khác trong mô hình mạng 200 nút AODV có tỷ lệ bản tin định tuyến nhỏ hơn DSR, tuy nhiên khi nút mạng tăng, DSR lại có số bản tin định tuyến ít nhất. Có thể do khi kích cỡ mạng tăng, cùng với việc các nút mạng luôn dịch chuyển dẫn đến liên kết giữa các nút bị đứt nhiều hơn, do không có những đặc điểm tối ưu trong duy trì tuyến như DSR, mỗi lần liên kết đứt AODV lại phải khởi tạo lại quá trình khám phá tuyến. Ngoài ra trong quá trình duy trì tuyến AODV phải định kỳ gửi bản tin HELLO để xác nhận trạng thái của các nút hàng xóm do đó khi tăng kích cỡ mạng AODV có tỷ lệ bản tin định tuyến lớn hơn DSR.
3.5 Kết luận
Mô phỏng bằng NS2 cho kết quả hoàn toàn phù hợp với lý thuyết đã trình bày ở chương 2.
AODV và DSR là hai giao thức định tuyến theo yêu cầu. Khi các nút mạng có nhu cầu trao đổi thông tin với nhau, chúng sẽ thực hiện quá trình khám phá tuyến và đợi bản tin trả lời từ đích do đó thời gian trễ lớn. Với mô hình mạng gồm 200 nút, DSR tỷ lệ mất gói cao hơn AODV, tải định tuyến chuẩn hóa cũng cao hơn khi tốc độ phát gói là 300 bản tin/s. Tuy nhiên khi tăng kích cỡ mạng lên 500 nút, tỷ lệ mất gói cả DSR thấp hơn AODV.
KẾT LUẬN
Đồ án đã đạt được các kết quả sau:Cung cấp một cái nhìn tổng quan về một khái niệm hoàn toàn mới trong viễn thông – mạng di động không dây Ad-hoc. Đây là một giải pháp tổ chức mạng rất hiệu quả trong thời đại thiết bị di động không dây ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Tìm hiểu phương thức hoạt động của một số giao thức định tuyến thông dụng của mạng Ad-hoc.
Mô phỏng đánh giá khả năng hoạt động của các giao thức định tuyến đã nghiên cứu. Từ lý thuyết và kết quả mô phỏng cho thấy cần có một giao thức định tuyến đặc trưng của mạng Ad-hoc để đáp ứng được sự thay đổi nhanh chóng của cấu trúc mạng. Sau quá trình mô phỏng của ba giao thức có thể kết luận:
Giao thức định tuyến vectơ khoảng cách tuần tự đến đích (DSDV) hoạt động không hiệu quả do đó không phù hợp cho mạng Ad-hoc.
Giao thức định tuyến vectơ cự ly theo yêu cầu tùy biến (AODV) hoạt động tốt trong
mô hình mạng nhỏ nhưng khi tăng kích cỡ mạng giao thức định tuyến nguồn động
(DSR) có ưu thế hơn. Vì vậy, sự kết hợp của hai giao thức này có thể đưa ra giải pháp
tốt hơn.
Vì thời gian có hạn nên đồ án chỉ tập trung mô phỏng ba giao thức định tuyến thông dụng và không thể nghiên cứu hết các vấn đề của mạng Ad-hoc. Chính vì thế còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết. Trong thời gian tới, em dự định mô phỏng thêm các giao thức định tuyến khác: TORA, WRP… với nhiều thông số mạng khác nhau. Em cũng
muốn đi sâu tìm hiểu về vấn đề quản lý chất lượng của mạng (QoS) và vấn đề bảo mật của mạng Ad-hoc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Nguyễn Hoàng Cẩm, KS. Trịnh Quang, Mạng vô tuyến tùy biến, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2006.
[2] W.R. YOUNG, Advanced Mobile Phone Service: Introduction, Background & Objectives, Bell Systems Tech-nical Journal, Vol. 58, 1979.
[3] NGUYỄN HOÀNG CẨM, TRỊNH QUANG, Mạng di động không dây tuỳ biến – Một giải pháp công nghệ trong kỷ nguyên thông tin số cá nhân toàn cầu, Tạp chí BCVT&CNTT, Kỳ 1 tháng 01/2005, pp. 1-5.
[4] Ramin Hekmat, Ad-hoc Network: Fundamental Properties and Network Topologies, Springer , 2006.
[5] Prasant Mohapatra, Sprikanth V.Krishamurthy, Ad-hoc Networks Technologies and Protocols, Springer, 2005.
[6] Scott Corson, Joseph Macker, Mobile Ad-hoc Networking (MANET): Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Considerations , MANET
[7] Michel Barbeau, Evangelos Kranakis, Principles of Ad-hoc Networking, John Wiley and Sons, 2007.
[8] Sanjeev Jain, Venkateswarlu Pitti and Bhupendra Verma, Real Time On-Denamd Distance Vector Routing In Mobile Ad-hoc Networking, Asian Journal of Information Technology 5(4), 2005, pp. 454-459.
[9] Chrales E.Perkins, Elizabeth M.Royer, Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing, IEEE Persional Communication, 1999
[10] Sung-Ju Lee, Elizabeth M.Belding-Royer, Charles E.Perkins, Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing Scalability, Mobile Computing and Communications Review, Volume 1, Number 2, 2002, pp. 1-2
[11] Elizabeth M.Royer, Chai-Keong Toh, A Review of Current Routing Protocols for Ad-hoc Mobile Wireless Network, IEEE Persional Communication, 3/1999
[12] Charles E.Perkins, Pravin Bhawat, Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance Vector Routing (DSDV) for Mobile Computers, IEEE Persional Communication, 2000.
[13] M.Lakshmi, P.E. Sankaranarayanan, Performance Analysis of Three Routing Protocols in Wireless Mobile Ad-hoc Networks, Information Technology Journal 5(1), 2006, pp. 114-120.
[14] Geetha Jayakumar, Gopinath Ganapathy, Performance Comparison of Mobile Ad- hoc Network Routing Protocol, International Journal of Computer Science and Network Security, VOL.7 No.11, 11/2207, pp. 77-85.
[15] Prasant Mohapatra, Srikanth C. Krishnamurphy, Routing in Mobile Ad-hoc Networks, Ad-hoc Networks Technologies and Protocols, Springer, 2005.
[16] Stefano Basaghi, Marco Conti, Silvia Giordano, Ivan Stojmenovic, Mobile Adho Networking, John Wiley and Sons and IEEE Press, 2004.
[17] Hsien-Chou Liao, Yi-Wei Ting, Chia-Meng Chen, Chou-Chen Yang, A Performance Comparison of Ad-hoc Routing Protocols Based on Ant Mobility Model,
[18] http://tudiencongnghe.com truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009 [19] http://mailman.isi.edu truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009
[20] http://www.mail-archive.com truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009 [21] http://www.winlab.rutgers.edu truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009 [22] http://tools.ietf.org truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009
[23] http://www.isi.edu truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009 [24] http://en.wikipedia.org truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009 [25] http://moment.cs.ucsb.edu truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009 [26] http://www.ietf.org truy cập cuối cùng ngày 15/5/2009
3.5.1
PHỤ LỤC
1. Kịch bản chương trình
set val(chan) Channel/WirelessChannel ; # channel type
set val(prop) Propagation/TwoRayGround ; # radio-propagation type set val(ll) LL ; # link layer type
set val(mac) Mac/802_11 ; # mac type
set val(ant) Antenna/OmniAntenna ; # antenna type
set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue ; # interface queue type #set val(ifq) CMUPriQueue
set val(ifqlen) 200 ; # max packet in queue set val(netif) Phy/WirelessPhy ; # network interface set val(rp) DSDV ; # Ad-hoc routing protocol #set val(rp) AODV ;
#set val(rp) DSR ;
set val(nn) 30 ; # number of mobile node set val(x) 500 ; # X demention of topo set val(y) 500 ; # Y demention of topo
set val(cp) "/root/ns-allinone-2.33/ns-2.33/indep-utils/cmu-scen-gen/cbr-30-20-500" ; # traffic pattern
set val(sc) "/root/ns-allinone-2.33/ns-2.33/indep-utils/cmu-scen-gen/setdest/scen- 30-20-1000" ; # scenario file
#--- Mac/802_11 set CWMin_ 31
Mac/802_11 set CWMax_ 1023
Mac/802_11 set SlotTime_ 0.000020 ;# 20us Mac/802_11 set SIFS_ 0.000010 ;# 10us Mac/802_11 set PreambleLength_ 144 ;# 144 bit Mac/802_11 set PLCPHeaderLength_ 48 ;# 48 bits Mac/802_11 set PLCPDataRate_ 1.0e6 ;# 1Mbps Mac/802_11 set RTSThreshold_ 0 ;# bytes
Mac/802_11 set ShortRetryLimit_ 7 ;# retransmittions Mac/802_11 set LongRetryLimit_ 4 ;# retransmissions Mac/802_11 set dataRate_ 2.0e6
Antenna/OmniAntenna set X_ 0 Antenna/OmniAntenna set Y_ 0 Antenna/OmniAntenna set Z_ 1.5 Antenna/OmniAntenna set Gt_ 1.0 Antenna/OmniAntenna set Gr_ 1.0 Phy/WirelessPhy set CPThresh_ 10.0 Phy/WirelessPhy set CSThresh_ 1.559e-11 Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 3.652e-10 Phy/WirelessPhy set bandwidth_ 2e6 Phy/WirelessPhy set Pt_ 0.28183815 Phy/WirelessPhy set freq_ 2.472e9
Phy/WirelessPhy set L_ 1.0
#--- set ns_ [new Simulator]
set tracefd [open DSDV_pt1000_500_.tr w] $ns_ trace-all $tracefd
#set namtrace [open DSDV_topo0.nam w]
#$ns_ namtrace-all-wireless $namtrace $val(x) $val(y)
