Mỗi nút mạng di động có một vị trí và một tốc độ di chuyển trong địa hình sử dụng theo chiều cao và mặt phẳng. Vị trí của một nút mạng có thể được tính theo hàm thời gian và được sử dụng cho mô hình truyền phát để tính toán độ trễ truyền từ nút mạng này đến nút mạng khác, quy định mức công suất của tín hiệu thu tại mỗi nút mạng [7, 18].
Mỗi nút mạng di động có một hoặc nhiều giao diện mạng vô tuyến. Tất cả các giao diện cùng loại (trên tất cả các nút mạng) liên kết với nhau theo một mô hình kênh vật lý đơn. Khi mô hình của một giao diện mạng phát đi một gói tin, nó sẽ đưa gói tin qua đối tượng kênh vật lý thích hợp. Tiếp theo, đối tượng này tính toán độ trễ truyền phát từ nút mạng gửi tới mọi giao diện khác trên kênh và tạo trình sắp đặt sự kiện “tiếp nhận gói”. Sự kiện này khai báo mô hình của giao diện nhận, nơi mà bit đầu tiên của một gói mới đi tới. Trong thời gian này, mức công suất của tín hiệu thu được so sánh với hai giá trị: ngưỡng cảm biến lưu lượng mang và ngưỡng thu. Nếu mức công suất nhỏ hơn ngưỡng cảm biến lưu lượng mang thì gói tin được vứt bỏ như là nhiễu. Nếu mức công suất thu lớn hơn ngưỡng cảm biến lưu lượng và nhỏ hơn ngưỡng thu thì gói tin được đánh dấu như là một gói lỗi trước khi chuyển qua lớp MAC. Trường hợp còn lại, gói được xử lý đơn giản và đưa tới MAC [20].
Ngay khi mô hình của lớp MAC nhận một gói, nó kiểm tra chắc chắn trạng thái của bộ thu là rỗi (Idle). Nếu bộ thu không rỗi thì một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
Nếu mức công suất của gói đã được thu lớn hơn ít nhất 10dB so với mức công suất nhận của gói mới thì gói mới sẽ bị hủy bỏ và giao diện thu được phép tiếp tục hoạt động.
Ngược lại thì sự xung đột xảy ra và tất cả các gói bị mất.
Nếu lớp MAC rỗi khi một gói vào được đưa tới từ giao diện mạng, nó tính toán toán đơn giản thời gian truyền của gói và tạo trình sắp một sự kiện “hoàn thành tiếp nhận gói”. Khi sự kiện này xảy ra, lớp MAC xác nhận các gói không có lỗi, thực hiện lọc địa chỉ đích và đưa gói lên ngăn xếp giao thức.
Những số liệu về gói sẽ được phân tích và tính toán tỷ lệ mất gói. Hàm ra quyết định sẽ căn cứ trên tỷ lệ mất gói và một số điều kiện cần để đưa ra quyết định lựa chọn thuật toán định tuyến thích hợp. Kết quả này sẽ được lưu trên một ngăn xếp riêng (gọi là ngăn xếp định tuyến Z chỉ lưu quyết định định tuyến), đồng thời gửi quyết định cuối cùng trên gói trả lời.
Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương IV: Xây dựng mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến…
Hình 4.4: Cấu tạo của một nút mạng di động trong mô hình
Các thành phần của nút mạng di động trong mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến được miêu tả như trên hình 4.4. Các thành phần trong cấu trúc nút mạng được mô phỏng bao gồm:
a e Phần thực hiện lựa chọn định tuyến:
Phần thực hiện lựa chọn định tuyến gồm có các khối sau đây:
Z Khối tính toán: thực hiện việc tính toán tỷ lệ mất gói trong trường hợp nó là nút mạng đích, tính toán tốc độ di chuyển trung bình, lọc một số điều kiện của môi trường (số các kết nối, số lượng nút mạng… ).
Z Khối lưu trữ: được coi như một ngăn xếp định tuyến. Thông tin lưu trữ trong ngăn xếp là quyết định chọn tuyến cuối cùng do nút đích gửi trở lại. Khối này sẽ lưu trữ quyết định chọn tuyến vừa tính toán được (nếu nó là nút mạng đích) và lưu trữ quyết định chọn tuyến có trong gói trả lời (nếu nó là nút nguồn hoặc nút mạng trung gian).
Z Khối ra quyết định: căn cứ là nút nguồn hay nhận hay trung gian để đưa ra quyết định chọn tuyến cho phù hợp.
Trong cấu trúc của gói trả lời sẽ có thêm một trường định tuyến mang kết quả định tuyến cuối cùng của nút mạng đích.
b e Lớp liên kết (LL _ Link layer)
LL đáp ứng cho mô phỏng các giao thức liên kết dữ liệu. Nhiều giao thức có thể được bổ xung trong lớp này ví dụ như phân mảnh và kết hợp gói. Một chức năng quan trọng của lớp liên kết là thiết lập địa chỉ đích MAC trong phần tiêu đề MAC của gói. Nhiệm vụ quan trọng của LL là giải quyết hai vấn đề: tìm địa chỉ IP của nút mạng của chặng kế tiếp (định tuyến) và phân giải địa chỉ IP này trong một địa chỉ MAC chính xác ( qua giao thức chuyển đổi địa chỉ Z ARP). Một ánh xạ đơn giản 1 Z 1 giữa địa chỉ IP và MAC được mặc định, có nghĩa là các địa chỉ IP được chuyển đổi sử dụng tại lớp MAC [2].
c e Giao thức chuyển đổi địa chỉ e ARP
Modul ARP nhận các câu hỏi từ lớp liên kết LL. Nếu ARP có địa chỉ phần cứng cho đích, nó sẽ đưa vào tiêu đề MAC của gói tin. Mặt khác, nó phát quảng bá một gói đòi hỏi ARP và lưu trữ đệm tạm thời gói. Đối với mỗi địa chỉ phần cứng đích chưa biết có một bộ đệm cho một gói đơn nhất. Trong trường hợp các gói thêm vào cho một đích tương tự được gửi tới ARP, các gói đệm trước sẽ bị mất. Một địa chỉ phần cứng của một bước tiếp theo được biết đến, gói được chèn vào hàng đợi giao diện.
d e Hàng đợi giao diện (Interface Queue_ IFq)
Lớp phần mềm Priqueue thực hiện chức năng một hàng đợi ưu tiên đưa ra mức ưu tiên đối với các gói định tuyến và chèn chúng vào đỉnh của hàng đợi. Nó thực hiện lọc qua mọi gói trong hàng đợi và gỡ bỏ gói tin có một địa chỉ đích đặc biệt.
e e Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC)
Lớp này sử dụng chức năng kết hợp phân tán (DCF) của giao thức MAC chuẩn IEEE 802.11. DCF được thiết kết sử dụng cả hai cơ chế cảm biến sóng mang vật lý và cảm biến sóng mang ảo để giảm bớt xác suất tranh chấp. Cảm biến sóng mang ảo cố gắng “cảm nhận” sự có mặt của sóng mang gần bộ thu của một gói trước khi phát. Nếu cơ chế cảm biến sóng mang biểu thị môi trường vô tuyến bận thì nút mạng sẽ trì hoãn trước khi phát.
Cơ chế cảm biến sóng mang ảo sử dụng hai gói ngắn trước khi gói dữ liệu thu được kênh: gói yêu cầu gửi (Request_to_send Z RTS) và gói xóa gửi (Clear_to_send ZCTS). Khi nút mạng A muốn truyền một gói tới nút B, trước hết nó truyền một RTS tới B và sau khi nhận, nút mạng B trả lời A bằng cách gửi một CTS tới A nếu cả hai cơ chế cảm biến sóng mang ảo và sóng mang vật lí đều biểu thị môi trường vô tuyến là rỗi. Khi nhận được CTS, nút mạng A phát đi gói dữ liệu và khi B nhận gói dữ liệu, nó phản hồi
Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương IV: Xây dựng mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến…
một gói ACK lớp liên kết lại A. Tất cả các gói gửi theo chuẩn 802.11 mang trên tiêu đề của nó một trường giới hạn thời gian chỉ thị thời hạn các nút mạng nhận gói. Các nút mạng tuân thủ theo cơ chế cảm biến sóng mang ảo ngầm định trong trường giới hạn trong tất cả các gói được nhận.
Nếu nút mạng A thất bại trong việc nhận một CTS sau khi phát một RTS hoặc thất bại trong việc nhận một ACK sau khi phát đi một gói dữ liệu, nó sẽ thử lại 4 lần trước khi đưa lại trên. Nếu vậy, gói dữ liệu được đưa lại lớp mạng. Giao thức định tuyến ở lớp mạng thử truyền lại, chọn tuyến khác cho gói tin hoặc hủy bỏ gói.
Trái ngược với cơ chế RTS/CTS/Data/ACK được miêu tả ở trên, 802.11 không sử dụng cơ chế này cho việc truyền dẫn gói dữ liệu tới một địa chỉ đích quảng bá. Cũng như MACZlayer không truyền gói tới một đích đặc biệt, kênh không thể được bảo lưu với một chuyển đổi RTS/CTS. Tương tự, các gói này không thể được xác nhận và vì vậy độ tin cậy nhỏ hơn là các gói truyền đơn hướng.
f e Giao diện mạng (Network Interface _ NetIF)
Lớp giao diện mạng mô tả hoạt động một giao diện phần cứng, qua đó các nút mạng di động có thể truy nhập vào kênh vô tuyến. Mô hình truyền phát vô tuyến nhận các gói được truyền dẫn bởi các giao diện nút mạng khác tới kênh. Giao diện đánh dấu mỗi gói truyền dẫn với các dữ liệu thay đổi liên quan tới giao diện truyền dẫn như công suất truyền, bước sóng... Dữ liệu thay đổi trong tiêu đề gói được sử dụng bởi mô hình truyền phát trong giao diện mạng nhận diện để xác định nếu gói có công suất tối thiểu để được nhận hoặc giữ hoặc phát hiện bởi nút mạng nhận.
g e Mô hình truyền phát vô tuyến (Radio Propagation Model)
Sóng vô tuyến giữa các antena bị suy giảm và mất tại mặt đất. Sự suy giảm công suất tín hiệu sóng vô tuyến tỷ lệ với 1/r2 nếu khoảng cách từ điểm đó tới Antena là gần và tỷ lệ với 1/r4 công suất tại điểm phát nếu khoảng cách dài hơn (theo NSZ2 []). Với r là khoảng cách từ Anten tới điểm khảo sát. Điểm giao nhau được gọi là tiêu chuẩn nếu vào khoảng xung quanh 100m ngoài trời với anten 1.5m trên mặt đất hoạt đông tại băng tần 1 đến 2GHz.
h e Anten
Anten sử dụng cho các nút mạng di động là kiểu Anten đa hướng.