Hình 2-2: CGSR: Định tuyến từ node 1 đến node 12.
CGSR sử dụng DSDV như hệ thống định tuyến bên dưới và từ đây có nhiều DSDV giống như ban đầu. Tuy nhiên, nó thay đổi DSDV bằng cách sử
dụng một cluster head có sự sắp xếp đến định tuyến gateway từ nguồn đến đích. Nút Gateway là những nút mà bên trong phạm vi truyền của hai hay nhiều cluster heads. Nếu có một nút để định tuyến một gói tin, nó tìm thấy các clusterhead gần nhất dọc theo tuyến đường đến đích theo bảng thành viên nhóm và bảng định tuyến này. Sau đó, nó sẽ tham khảo bảng định tuyến của nó để tìm bước kế tiếp để tiếp cận các clusterhead chọn ở trên và truyền các gói dữ liệu đến nút đó. Hình 2 là một ví dụ về định tuyến này.
Tất cả các nút trong phạm vi giao tiếp của các clusterhead thuộc nhóm của nó. Một nút đó là trong phạm vi giao tiếp của hai hay nhiều clusterheads được gọi là gateway. Sử dụng phương pháp này, mỗi nút phải giữ một “ nhóm cluster heads ” , ở đâu đó sẽ lưu trữ đích đến của các cluster heads cho mỗi nút mạng khác nhau. Bảng thành viên cluster này được phát sóng theo định kì bởi mỗi nút sử dụng giải thuật DSDV. Những nút này sẽ cập nhật các mục trong bảng thành viên cluster heads của chúng trên một bảng mới từ một láng giềng.
Nếu có một nút để định tuyến một gói tin, nó tìm thấy các clusterhead gần nhất dọc theo tuyến đường đến đích theo bảng thành viên nhóm và bảng định tuyến này. Sau đó, nó sẽ tham khảo bảng định tuyến của nó để tìm bước kế tiếp để tiếp cận các clusterhead chọn ở trên và truyền các gói dữ liệu đến nút đó. Vì vậy, nguyên tắc định tuyến trông như sau:
1. Tra cứu của clusterhead của nút đích 2. Tra cứu của hop kế tiếp
3. Gói gửi đến đích
4. Điểm đến clusterhead cung cấp gói
Trước tiên, nguồn có để truyền các gói dữ liệu để clusterhead của nó. Sau đó, clusterhead này sẽ gửi gói sang nút cổng kết nối này clusterhead và clusterhead kế tiếp dọc theo tuyến đường đến đích đến. Gateway sẽ gửi gói đến clusterhead tiếp theo. Điều này sẽ đi vào cho đến khi clusterhead đích là đạt. Các clusterhead đích sau đó truyền tải các gói dữ liệu đến nút đích.
2.4 Giao thức OLSR (Optimized Link State Routing)
2.4.1 Khái quát giao thức OLSR
Như đã được giới thiệu, OLSR là một giao thức định tuyến khởi tạo theo chu kỳ được tối ưu các mạng tùy biến. Giao thức này thừa kế tính ổn định của thuật toán trạng thái liên kết và luôn sẵn sàngcác tuyến đường khi cần thiết. Với mục đích giảm thiểu chi phí cho công việc tràn lụt lưu lượng điều khiển OLSR chỉ sử dụng các nút MPR được chọn để truyền dẫn các bản tin này. Kỹ thuật này làm giảm đáng kể số lượng yêu cầu truyền lại để tràn lụt một bản tin tới tất cả các nút trong mạng. OLSR chỉ sử dụng một phần thông tin trạng thái liên kết được tràn lụt để lựa chọn tuyến đường ngắn nhất. Có một yêu cầu cho tất cả MPR là phải thông báo các liên kết tới các nút đã lựa chọn chúng. Ngoài ra thông tin cấu hình mạng có thể được sử dụng cho mục đích dự phòng.
OLSR có thể tối ưu các phản ứng khi cấu hình mạng thay đổi bằng cách giảm thời gian giữa hai lần truyền bản tin điều khiển. Hơn thế nữa, nó luôn duy trì các tuyến đến tất cả các đích trong mạng. Vì thế OLSR rất phù hợp cho truyền thông giữa các tập hợp nhiều nút mạng với nhau hoặc cho các cặp nguồn - đích thay đổi theo thời gian. Giao thức này đặc biệt phù hợp với các mạng lớn và giày đặc. Các lợi thế này được mang lại nhờ sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp đa điểm cũng như các lợi thế của định tuyến khởi tạo theo chu kỳ.
OLSR được thiết kế để làm việc trong các mạng phân tán và không phụ thuộc vào bất kỳ một thực thể trung tâm nào. Giao thức này không yêu cầu truyền dẫn tin cậy cho các bản tin điều khiển. Mỗi nút gửi các bản tin điều khiển theo chu kỳ và có thể duy trì một tỉ lệ mất gói hợp lý. Hiện tượng mất gói này xẩy ra thường xuyên trong mạng vô tuyến do xung đột hoặc các vấn đề về truyền dẫn. OLSR không yêu cầu chuyển tiếp tuần tự các bản tin. Mỗi bản tin điều khiển chứa một số thứ tự và được đặt tăng dần cho mỗi bản tin. Vì vậy bên nhận sẽ dễ dàng xác định được bản tin nào mới hơn thậm chí đối với các bản tin đã được sắp xếp lại trong quá trình truyền dẫn. Hơn thế OLSR còn có các hỗ trợ hổ xung như hoạt động trong chế độ ngủ và định tuyến đa phương (multicast). Các hỗ trợ xung này hoàn toàn tương thích với các phiên bản khác nhau của giao thức.
OLSR không yêu cầu bất kỳ thay đổi nào về khuôn dạng của gói tin IP vì thế nó hoàn toàn phù hợp với chồng giao thức IP hiện tại.
2.4.2 Chuyển tiếp đa điểm
Ý tưởng của những chuyển tiếp đa điểm sẽ tối thiểu hóa thủ tục bổ sung của việc bao phủ những thông tin trong mạng bằng việc giảm sự truyền lại không cần thiết trong cùng miền. Mỗi một nút mạng lựa chọn một tập hợp những nút trong 1-hop láng giềng đối xứng, cái có thể truyền lại thông tin của nó. Bộ những nút làng giềng được chọn được gọi là bộ MPR của nút đó. Những nút láng giềng của nút N không có trong bộ MPR nhận và xử lý những thông tin phát sóng nhưng không truyền lại những thông tin được nhận từ nút N.
Mỗi nút lựa chọn bộ MPR của nó từ trong số những 1-hop láng giềng đối xứng của nó. Bộ này được lựa chọn như nó bao gồm (kì hạn của trạm phát sóng ) tất cả các nút 2-hop đối xứng . Bộ MPR của nút N được kí hiệu như MPR{N}, sau đó một tập hợp tùy ý của 1-hop lân cận đối xứng của N đã thỏa mãn điều kiện tiếp theo: mỗi nút trong 2-hop lân cận đối xứng của N phải có một liên kết đối xứng hướng về MPR{N}. Một bộ MPR nhỏ hơn, kết quả thông tin bổ sung ít lưu lượng điều kiện từ giao thức định tuyến. [2] một ví dụ và phân tích thuật toán lựa chọn MPR.
Mỗi một nút duy trì thông tin về tập hợp những nút láng giềng đã lựa chọn nó như MPR. Bộ này được gọi là chuyển tiếp đa điểm của một nút. Một nút chứa những thông tin này từ những thông tin HELLO định kì nhận được từ các nút láng giềng.
Thông tin phát sóng có mục đích truyền vào toàn bộ mạng, nó đến từ bất kỳ bộ chọn MPR của nút N được truyền lại bởi nút N nếu N vẫn chưa nhận được. Bộ cài đặt có thể thay đổi theo thời gian ( ví dụ như khi một nút lựa chọn một bộ cài đặt MPR khác) và được chỉ ra bởi những nút được lựa chọn trong bản tin HELLO của chúng.
OLSR được phát triển cho mạng AD-HOC. Nó hoạt động như một bảng điều khiển, loại giao thức proactive đó là trao đổi thông tin poto với các nút khác của mạng theo quy tắc. Mỗi một nút sẽ lựa chọn những nút láng giềng của nó
như “ chuyển tiếp đa điểm ” ( MPR ). Trong OLSR chỉ những nút được chọn như MPR sẽ chịu trách nhiệm cho việc tăng cường kiểm soát lưu thông, dùng cho việc khuyếch tán vào toàn bộ mạng. MPR cung cấp một chơ chế hiệu quả cho việc kiểm soát lưu thông bằng việc giảm số lượng cần truyền.
Những nút được chọn như MPR cũng có trách nhiệm đặc biệt khi khai báo thông tin trạng thái liên kết trong mạng. Như vậy, chỉ một yêu cầu cho OLSR cung cấp những đường truyền nhắn nhất tới tất cả các điểm đích là những nút MPR do khai báo thông tin trạng thái liên kết cho bộ chọn MPR của chúng. Thêm vào đó thông tin trạng thái liên kết có sẵn có thể được dùng cho trạng thái dư thừa.
Những nút được chọn như MPR bởi vài nút láng giềng sẽ thông báo thông tin này theo chu kỳ trong thông tin điều khiển của chúng. Vì vậy một nút thông báo đến mạng thì đó là nó có thể đến với những nút đã lựa chọn nó như một MPR. Theo sự hoạch định đường truyền, những MPR được sử dụng để tạo lên đường truyền từ một nút đã định tới bất kỳ điểm đích nào trong mạng. Hơn nữa, giao thức sử dụng MPR để làm tăng hiệu quả của thông tin điều khiển trong mạng.
Một nút được lựa chọn những MPR từ một trong số các nút láng giềng của nó với "symetric" như hai chiều, sự liên kết. Do đó, việc lựa chọn đường truyền thông qua MPR tự động tránh những vấn đề kết hợp với gói dữ liệu dịch chuyển qua sự liên kết một chiều ( như vấn đề của việc không thừa nhận lớp liên kết cho những gí dữ liệu tại mỗi hop, với những tầng liên kết áp dụng công nghệ này cho lưu lượng unicast.
OLSR được phát triển để làm việc độc lập từ những giao thưc khác. Cũng như vậy, OLSR không tạo ra những giả thiết vầ tầng liên kết cơ bản. OLSR thừa hưởng khái niệm của việc vận chuyển và việc chuyển tiếp từ HIPERLAN ( một giao thức tầng MAC ) được tiêu chuẩn hóa bởi ETSI [3]. Giao thức được phát triển trong dự án IPANEMA ( một phần của chương trình Euclid ) và trong dự án PRIMA ( một phần của chương trình RNRT ).
2.4.3 Nguyên tắc trao đổi bản tin
Trong các giao thức định tuyến trạng thái đường liên kết, các nút truyền danh sách quảng bá đường định tuyến cho các nút lân cận trực tiếp với nó. Các bản tin quảng bá này được gọi là quảng bá trạng thái liên kết (LSA), nó được broadcast trên toàn mạng. Khi các mạng Ad-Hoc bị giới hạn bởi băng thông đường truyền. OLSR kết hợp một khái niệm gửi tràn lụt các bản tin định tuyến qua mạng dựa trên nguyên tắc chuyển tiếp đa điểm (MPRs).
Mục đích của MPR là tối ưu hóa trong việc gửi tràn lụt các bản tin cập nhật trạng thái. Mỗi nút sẽ nhận các bản tin tràn lụt từ tất cả các hướng (từ bất cứ nút nào nằm trong giải truyền dẫn). Hình 2.6 mô tả một nút A khởi tạo và gửi tràn lụt các gói tin qua mạng.
A
Hình 2.3: Các gói tin định tuyến tràn lụt trong mạng
Cơ chế gửi tràn lụt không mấy hiệu quả do các nút khác nhau có thể nhận cùng một bản tin ở các thời gian khác nhau. Trong OLSR, một cơ chế nhiều hiệu quả hơn được sử dụng cho quá trình truyền dẫn thông tin định tuyến đó là mỗi nút chỉ có nhiệm vụ truyền thông tin trạng thái liên kết LSA của nó cho một số các nút lân cận đối xứng một bước (one-hop) của nó. Các nút đặc biệt này được chọn sao cho các bản tin quảng bá trạng thái đường liên kết LSA sẽ tới được tất cả các nút lân cận hai bước (two-hop) của nó. Các nút này được chọn để chuyển tiếp các bản tin quảng bá trạng thái đường liên kết được gọi là MPRs. Hình 2.7 mô tả quá trình một nút A truyền một bản tin cập nhật định tuyến, nó sẽ broadcast bản tin này. Tất cả các nút trong giải truyền phát đều nhận và xử lý bản tin này nhưng chỉ có các nút là MPRs của A mới tiếp tục gửi bản tin này.
Với cơ chế này OLSR có thể giảm được băng thông tiêu tốn cho việc quảng bá trạng thái đường liên kết.
Trong OLSR, mỗi nút truyền các bản tin ‘Hello’ theo chu kỳ trên các giao diện của nút với mục đích duy trì liên kết với các nút lân cận trực tiếp (one-hop) của nó. Các bản tin ‘Hello’chỉ broadcast tới các nút lân cận một bước (one-hop) với nội dung chứa tên của nút khởi tạo, của các nút lân cận một bước đã được chọn từ trước. Các nút khởi tạo có thể chọn các MPRs cho nó. Một nút lắng nghe bản tin ‘hello’ và kiểm tra xem bản tin nào được phát ra từ một nút lân cận mới hay không, nếu có nút sẽ cập nhật vào danh sách nút lân cận một bước của nó. Đồng thời sẽ kiểm tra xem nó có được nút lân cận đó chọn làm MPR hay không. Nếu được chọn nó tiếp tục gửi tràn lụt thông tin cập nhật định tuyến và chỉ các nút lân cận là MRP của nó mới tiếp tục chuyển tiếp thông tin cập nhật định tuyến này. Các nút đều có thể tìm ra được các nút lân cận hai bước (two-hop) của nó thông qua danh sách các nút lân cận một bước trong các bản tin ‘Hello’ mà nó nhận được từ các nút lân cận một bước (one-hop). Mỗi nút chọn các MRPs dựa trên khu vực lân cận nút lân cận hai bước do đó đường tới các nút lân cận hai bước có thể đi qua các MPR.
Hình 2.4: Trao đổi thông tin trong OLSR
Cập nhật trạng thái đường liên kết được truyền qua mạng thông qua một bản tin được gọi là bản tin điều khiển topo mạng (TC-topology control message). Các bản tin TC được tràn lụt qua mạng và tất cả các nút đều có thể tính toán lại bảng định tuyến của nó thông qua thông tin chứa trong bản tin này. Quá trình tràn lụt được thực hiện bởi các MRPs được mô tả như trong hình 2.7. OLSR
không yêu cầu một nút phải quảng bá cho tất cả các nút lân cận của nó mà chỉ cho các nút được chọn làm MPR của nó.
OLSR cũng bao gồm hai loại bản tin: Các bản tin liên kết host và mạng được các tuyên bố đa giao diện (MID-multiple interface declaration) chỉ được dùng bởi các nút có nhiều giao diện sử dụng OLSR, do đó các nút khác có thể liên kết với các giao diện khác nhau trên cùng một nút.
2.4.4 Khả năng áp dụng
OLSR là một giao thức định tuyến tiên phong cho mạng AD-HOCs[1][2]. Nó khá phù hợp với những mạng di động lớn và dày đặc cũng như sự tối ưu hóa đã hoàn thành việc dùng MPR làm việc ăn ý trong hình thưc này. Với mạng lớn và dày đặc hơn hì sự tối ưu hóa hơn có thể được hoàn thành cũng như so sánh được với thuật toán trạng thái liên kết điển hình. OLSR dùng định tuyến hop-by- hop, ví dụ như mỗi nút sử dụng thông tin của nó tới các gói định tuyến.
OLSR khá phù hợp với mạng mà lưu lượng là ngẫu nhiên và bất đinh giữa một tập hợp những nút lớn hơn và gần như trở thành duy nhất giữa một tập hợp những nút đặc biệt. Cũng như một giao thức tiên phong, OLSR cũng phù hợp cho những kịch bản nối những cáp truyền thông thay đổi qua thời gian: thêm vào đó, lưu lượng không điều khiển được tạo thành trong hoàn cảnh này từ khi những định tuyến được sửa chữa cho tất cả những điểm đich tại cùng một thời điểm.
2.5 Giao thức định tuyến không dây ( WRP )
The Wireless Routing Protocol ( WRP ) thuộc lớp thuật toán tìm đường dẫn. Để tránh bài toán phải tính đến vô cùng phải cưỡng bức mỗi nút thực hiện định tuyến liên tục kiểm tra thông tin trước đó được tất cả các nút lân cận báo cáo về. Điều này loại bỏ việc lặp lại không xác định và cho độ hội tụ tuyến nhanh hơn khi xảy ra sự cố trên đường thông .
Trong WRP, các nút cần biết về sự tồn tại của các nút lân cận từ một số bản tin đặc biệt. Nếu một nút không phải đang gởi gói, nó phải gửi một bản tin HELLO trong một khoảng thời gian xác định để đảm bảo thông tin kết nối được
phản ánh một cách chính xác. Ngược lại, việc thiếu thiếu các bản tin từ nút có thể xác định sự cố đường thông vô tuyến và gây nên cảnh báo sai. Khi một nút thu được bản tin HELLO từ một nút mới, thông tin nút mới đó được thêm vào bảng định tuyến của nó, và nó sẽ gởi đến nút mới một bản sao thông tin bảng định tuyến của nó.
WRP phải duy trì 4 bảng, đó là: Bảng cự ly, Bảng định tuyến, Bảng chi phí đường truyền, và Bảng ghi danh sách phát lại bản tin (MRL). Bảng ghi cự ly
