2.3.2 Đánh giá cơ chế liên kết đồng thời cho MIPv6.
Cơ chế liên kết đồng thời cho Mobile IPv6 cung cấp một giải pháp tốt cho chuyển động “ping-pong”, tức là khi MN di chuyển qua lại giữa hai hay nhiều bộ định tuyến truy cập bằng cách bi-casting hoặc N-casting trong một thời gian ngắn. Một lợi thế lớn là cơ chế này loại bỏ các vấn đề thời gian trong dự đoán chuyển giao nhanh ví dụ như xác định thời gian khi nào bắt đầu chuyển tiếp các gói tới nAR. Như vậy, chức năng liên kết đồng thời cung cấp cho MN kết nối không bị gián đoạn.
Một hạn chế của liên kết đồng thời trong Mobile IPv6 là có thể gây ra quá nhiều tín hiệu mào đầu trong mạng. Thực tế là lưu thơng Bi-casted hoặc N-casted có thể làm cho mạng quá tải và tạo ra tắc nghẽn mạng. Vì vậy, Bi-casting hoặc N-
casting chưa thể là một giải pháp mở rộng trong một mạng với rất nhiều MN di chuyển nhanh và nhiều bộ định tuyến lân cận. Điều này có thể dẫn đến quá nhiều lưu lượng mạng cần xử lý. Kết quả cho thấy sự cần thiết của việc xác định những dữ liệu nào quan trọng nên được lưu thông bicasted và những gì khơng nên. Trong phần dưới đây, cơ chế chuyển giao kết hợp đó là sự kết hợp của cả ba loại chuyển giao sẽ được mô tả chi tiết.
2.4 Cơ chế chuyển giao kết hợp.
Dựa trên các cơ chế chuyển giao đã đề xuất trong MIPv6, ba xu hướng chính được xác định. Xu hướng đầu tiên, tức là HMIPv6, là việc sử dụng rộng rãi các kiến trúc phân cấp để hỗ trợ di động nội miền và giảm tín hiệu giữa các mạng nhà và MN. Xu hướng thứ hai, tức là FMIPv6, hình thành CoA mới trước khi MN gắn với nAR và chuyển tiếp các gói tin đến MN từ oAR tới nAR. Xu hướng thứ ba, tức là liên kết đồng thời cho MIPv6, là việc sử dụng các hình thức khác nhau của các khả năng multicast để giảm mất gói trong q trình chuyển giao.
Rõ ràng là người ta có thể có được hiệu suất tốt hơn bằng cách kết hợp ba cơ chế đã đề xuất, tức là kết hợp các cơ chế chuyển giao một cách đúng đắn. Kết hợp chuyển giao nhằm mục đích sử dụng kiến trúc phân cấp, cơ chế chuyển giao nhanh và chức năng liên kết đồng thời với nhau. Trong phần sau đây, mô tả chi tiết hoạt động của chuyển giao kết hợp.
2.4.1 Hoạt động chuyển giao kết hợp.
Trong cơ chế chuyển giao kết hợp, MAP nơi mà các thủ tục chuyển tiếp các gói dữ liệu được thực hiện. MAP cũng chịu trách nhiệm cho việc gửi các gói tin tới oAR và nAR sử dụng các bản tin liên kết đồng thời. Một điểm quan trọng khác cho hoạt động chuyển giao kết hợp là một bộ đệm nhỏ trong nAR và oAR được sử dụng để lưu trữ các gói tin tạm thời. Bộ đệm trong nAR được sử dụng trong suốt quá trình chuyển tiếp của các gói tin. Các bộ đệm trong oAR được sử dụng trong quá trình chuyển động “ping- pong” của MN.
Hoạt động bắt đầu khi MN nhận được một dấu hiệu cho thấy MN là đang di chuyển và thông tin về nAR mà MN sẽ di chuyển đến. Trong khi đó, MN vẫn cịn
gắn liền với các oAR. Bắt đầu chuyển giao được dựa trên dấu hiệu kích hoạt L2 mà thơng báo rằng MN sẽ sớm thực hiện một chuyển giao [24].
Trong thiết lập chuyển giao mobile, MN nhận được thơng tin dự báo, ví dụ kích hoạt L2 và sau đó nó sẽ gửi bản tin RtSolPr yêu cầu bộ định tuyến đại diện tới oAR chỉ ra là nó mong muốn thực hiện chuyển giao nhanh tới một điểm gắn kết mới. Bản tin RtSolPr chứa địa chỉ lớp L2 để chỉ ra điểm đính kèm mới.
Trong thiết lập chuyển giao mạng, oAR nhận được thông tin dự báo và gửi một bản tin không yêu cầu bộ định tuyến đại diện PrRtAdv tới MN mà không nhận được thông báo RtSolPr từ MN.
Nếu oAR biết điểm đính kèm mới và có thơng tin về tính năng network prefix thì các thơng tin này nên được sử dụng để tạo thành một CoA mới, nó sẽ gửi một xác nhận cho điểm gắn kết mới thông qua bản tin PrRtAdv tới MN. Khi MN nhận được bản tin PrRtAdv từ oAR, MN hình thành CoA mới bằng cách sử dụng cấu hình địa chỉ tự động phi trạng thái.
Hơn nữa, oAR phải thông báo cho MAP về khả năng chuyển giao để kiểm sốt việc hình thành CoA mới trong nAR. Để thông báo cho MAP, oAR gửi bản tin khởi đầu chuyển giao HI đến MAP tương ứng bao gồm cả địa chỉ CoA cũ, CoA mới và địa chỉ của nAR. Điều quan trọng là cần lưu ý rằng các oAR cần phải biết địa chỉ của MAP tương ứng mà MN liên lạc với. Địa chỉ này được cung cấp trong bản tin RtSolPr.
Khi MAP nhận được HI, MAP sẽ gửi HI đến nAR bao gồm cả địa chỉ CoA mới được hình thành. nAR kiểm tra xem địa chỉ này hiện đang sử dụng hay không. Với kết quả của việc kiểm tra địa chỉ, bộ định tuyến truy cập mới gửi bản tin xác nhận chuyển giao HAck đến MAP, chỉ ra làm thế nào để chuyển tiếp gói tin. Nếu q trình kiểm tra địa chỉ là thành cơng, chuyển tiếp gói tin được thực hiện với CoA mới. Nếu không, MAP thiết lập một đường hầm đến nAR, và nAR chuyển tiếp các gói tin đến liên kết thực tế. Trong trường hợp này, MN vẫn còn sử dụng CoA cũ.
Để bắt đầu quá trình chuyển tiếp, MN sẽ gửi một bản tin cập nhật liên kết nhanh FBU với liên kết đồng thời tới MAP để liên kết RCoA với CoA mới. Sau khi
nhận được FBU với liên kết đồng thời, MAP gửi một bản tin xác nhận nhanh FBAck tới oAR, nAR và bắt đầu chuyển tiếp các gói tin đến MN sử dụng chức năng bicasting. Kể từ khi MAP gửi các gói tin cho cả nAR và oAR thì khơng cần thiết phải biết sự chuyển động chính xác của MN nữa. Vì vậy, tổn thất gói do vấn đề đồng bộ hóa giảm thiểu được. Một điểm quan trọng khác là FBU với bản tin liên kết đồng thời gửi từ MN tới MAP gồm có trường Lifetime, xác định thời gian sống của liên kết đồng thời. Khi hết thời gian sống này, thủ tục chuyển tiếp được chấm dứt.
Khi các gói tin được chuyển tiếp đến nAR, thì MN có thể chưa đến vùng quản lý của nAR do vậy các gói tin này có thể khơng đến được đích. Để khơng mất bất kỳ gói tin nào thì cần thiết phải lưu trữ các gói tin trên trong một bộ đệm của nAR. Khi MN đến với nAR, nó sẽ gửi một bản tin thơng báo nhanh FNA thơng báo nó đến nAR. Sau khi nhận được bản tin FNA, nAR bắt đầu gửi các gói tin được lưu trữ trong bộ đệm đó. Trong trường hợp chuyển động “ping-pong”, việc sử dụng các gói dữ liệu được lưu trữ trong bộ đệm của oAR không làm giảm chất lượng truyền thông. Nếu MN trở lại mạng con cũ và gửi bản tin FBU tới oAR, oAR có thể chuyển tiếp các gói đệm cho MN.
Trong trường hợp cấu hình địa chỉ có trạng thái, nAR gửi địa chỉ CoA mới hợp lệ với thông điệp HAcK tới MAP. Sau đó MAP gửi thông điệp PrRtAdv tới MN cung cấp CoA mới.
Sau khi MN được gắn kết với các nAR, MN kiểm tra tùy chọn MAP trong bản tin PrRtAdv nhận được bởi nAR để xác định cho xem nó có ở trong một miền MAP mới hay khơng. Ngồi ra, MN cần phải biết liệu CoA mới gửi trong thơng điệp FBU có cịn hợp lệ hay khơng. Thông tin này được cung cấp bởi bản tin FBAck. Nếu MN di chuyển đến một miền MAP mới, MAP mới cũng gửi thông báo cập nhật liên kết BU đến HA và CN để liên kết RCoA với địa chỉ nhà. Các hoạt động của cơ chế chuyển giao kết hợp được minh họa trong hình 2.12.
MN nAR
RtSolPr
FBU
Chuyển tiếp các gói
oAR MAP PrRtAdv HI FNA HI HAck FBack FBack
Chuyển tiếp các gói tin
Hình 2.12: Dịng bản tin trong q trình chuyển giao kết hợp.
2.4.2 Đánh giá cơ chế chuyển giao kết hợp.
Việc kết hợp các cơ chế làm giảm mất gói tin đến mức tối thiểu. Kết hợp, cải thiện ba cơ chế hiệu quả hơn. Trong cơ chế chuyển giao kết hợp, kiến trúc phân cấp giảm độ trễ chuyển giao giao bằng cách giảm báo hiệu điều khiển khơng cần thiết trong q trình di chuyển nội miền. Hơn nữa, cơ chế chuyển giao nhanh với chức năng liên kết đồng thời giảm thiểu tổn thất gói bằng cách hình thành CoA mới trước khi MN gắn kết với nAR và chuyển tiếp các gói tin cho cả oAR và nAR trong một khoảng thời gian ngắn. Việc kết hợp cơ chế chuyển giao nhanh với chức năng đồng thời liên kết loại bỏ vấn đề xác định chính xác thời gian chuyển giao, tức là để xác định thời gian khi nào bắt đầu chuyển tiếp các gói tin đến nAR. Tuy các thủ tục chuyển tiếp trong cơ chế chuyển giao kết hợp giải quyết vấn đề đồng bộ hóa và khơng làm giảm chất lượng thông tin liên lạc, nhưng nó cũng có thể gây ra tắc nghẽn trong mạng.
Trong cơ chế chuyển giao kết hợp, sử dụng MAP thay vì bộ định tuyến truy cập AR như trường hợp chuyển giao nhanh, MAP chuyển tiếp dữ liệu tới cả oAR và nAR. Con đường chuyển tiếp được tối ưu hóa, bởi vì MAP là ở một lớp cao hơn
trong hệ thống phân cấp so với AR. Vì vậy, khơng cần thiết ngăn chặn gói tin di chuyển giữa MAP và AR để nâng cao hiệu quả băng thơng. Ngồi ra, vấn đề nút cổ chai của kiến trúc phân cấp vẫn còn nhắc đến trong cơ chế.
Trong cơ chế này, bộ đệm của oAR và nAR được sử dụng để không làm mất bất kỳ gói dữ liệu nào trong suốt quá trình chuyển giao và quá trình chuyển động “ping-pong” của MN. Nên chọn đúng kích thước của các bộ đệm để đáp ứng yêu cầu thời gian thực. Nếu độ trễ chuyển giao là lớn hơn so với thời gian mà bộ đệm tương ứng có thể lưu trữ thì các gói tin chuyển tiếp bị mất. Nếu một bộ đệm lớn được lựa chọn để có thể để lưu trữ các gói tin trong một khoảng thời gian dài, nó sẽ trở thành vơ ích trong các ứng dụng thời gian thực như là Voice over IP. Làm bộ đệm lớn hơn không phải là một giải pháp khả thi cho độ trễ của lưu thông mạng nhạy cảm, tức là các ứng dụng thời gian thực, khi tổng độ trễ trong khi lưu trữ các gói dữ liệu khơng thể chịu đựng được. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ trễ tối đa mà có thể chấp nhận được cho các cuộc truyền thông là khoảng 200 ms. Như vậy, độ trễ end to end tối đa được cho phép của ứng dụng thời gian thực hạn chế khoảng thời gian mà một bộ đệm có thể lưu trữ. Ngồi ra, vấn đề khả năng mở rộng bộ nhớ đệm trong các AR là cần thiết và có thể được nhắc đến trong cơ chế chuyển giao kết hợp.
Trong cơ chế này, vấn đề phát hiện di chuyển của MN được giải quyết bằng cách sử dụng thơng báo kích hoạt L2, rằng MN đến nAR. Như vậy, vấn đề phụ thuộc vào các bản tin thông báo bộ định tuyến để phát hiện MN di chuyển là khắc phục được. Nhưng làm thế nào để biết lúc L2 kích hoạt là một vấn đề cần được giải quyết bởi các nhà sản xuất phần cứng.
Cơ chế chuyển giao kết hợp giới thiệu đầy đủ và phù hợp hơn để quản lý di động so với các cơ chế được đề xuất. Tuy nhiên, khả năng giải quyết các vấn đề nút cổ chai của cơ chế này cũng cần được xem xét để cung cấp cơ chế chuyển giao hiệu quả cho người sử dụng di động.
Chương 3: MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC 3.1 Giới thiệu về bộ mô phỏng NS2.
Ns2 là bộ công cụ mơ phỏng cho phép người dùng có thể mơ phỏng, đánh giá các mơ hình mạng, hiệu năng, đồng thời cũng cho phép tạo ra những cái của riêng họ. Đây được xem là một công cụ khá mạnh trong mô phỏng.
Ns2 là công cụ mô phỏng hướng đối tượng, sử dụng cả 2 ngôn ngữ mô phỏng là C++ và Otcl. Nó đáp ứng cho cả việc tạo ra hiệu quả cao khi mơ phỏng gói, bytes, thuật tốn... (nhờ ngơn ngữ C++) đồng thời lại đáp ứng việc thực hiện lặp đi lặp lại việc mơ phỏng với cùng một cấu hình (Otcl). Cả 2 đáp ứng này của Ns2 đã tạo ra cho nó một các linh hoạt, uyển chuyển trong việc mơ phỏng các mạng, kể cả với các nguồn dữ liệu lớn.
Trên công cụ này đã xây dựng khá nhiều các đối tượng mô phỏng của mang bao gồm: các nút, hàng đợi, các tầng (vật lý, giao vận, ứng dụng....) các gói tin, các kiểu dữ liệu, các giao thức. Ns2 khơng những hỗ trợ cho mạng có dây mà đối với mạng không dây, rất nhiều giao thức cũng đã được cài đặt.
Đặc biệt, ns2 là một phần mềm mã nguồn mở cho phép thực hiện mô phỏng khơng chỉ những cái đã có sẵn mà cịn cho phép người dùng sáng tạo ra, thêm mới vào. Đây là một điểm mạnh của công cụ này mà nhiều công cụ khác khơng có.
Sau đây là một số thành phần cơ bản hỗ trợ trực tiếp cho việc mô phỏng:
Nút: Ns2 đã xây dựng sẵn một nút cơ bản. Nó cho phép gắn kết các thành phần khác trên đó để có thể thực hiện mơ phỏng.
Bộ lập lịch: Dùng để chia thời gian, kết hợp với đồng hồ của hệ thống để sắp xếp các sự kiện xảy ra trong mơ phỏng, nhờ đó mà có thể đan xen các hoạt động giữa các nút khác nhau.
Hàng đợi: đây là thành phần quan trọng mà không chỉ mạng khơng dây cần mà cịn cần ở tất cả các mạng khác. Có nhiều kiểu hàng đợi cho phép người sử dụng có thể lựa chọn (drop-tail, RED...) với mặc định là drop-tail. Ngoài ra trong mạng khơng dây có hỗ trợ thêm priqueue. Hàng đợi này là kiểu hàng đợi ưu tiên đối với các gói tin điều khiển (như AODV...).
Thành phần ứng dụng: TCP, UDP, CBR.... Đây đều là những thành phần phía trên lớp định tuyến, đóng gói xuống lớp dưới để chuyển đi.
IP: Gắn cho mỗi nút một địa chỉ duy nhất trên mạng.
Mobilenode: Là thành phần hỗ trợ cho nút mà nếu thiếu thành phần này thì nút sẽ trở thành một nút bình thường. Mobilenode cho phép xác định vị trí, và liên kết với các thành phần hỗ trợ mạng không dây khác.
Thành phần vật lý: Đó là các bộ thu phát sóng radio thay cho các đường liên kết có dây...
Định dạng gói tin (dữ liệu và điều khiển).
Ngồi ra để hỗ trợ cho việc phân tích dữ liệu nhằm cho các mục đích khác nhau, ns2 có hỗ trợ các cơng cụ tìm vết ở nhiều mức khác nhau. Việc tìm vết nhằm đưa ra cụ thể hơn những gì diễn ra trong quá trình hoạt động của mạng.
Phần mơ phỏng các giao thức ở đây với mục đích so sánh độ trễ của các phương pháp mở rộng trong MIPv6. Việc có được kết quả từ mơ phỏng chúng ta có thể rút ra các kết luận, lựa chọn các phương pháp hợp lý nhất để giảm độ trễ khi kết nối dẫn đến xây dựng một mạng hoạt động hiệu quả hơn.
3.2 Mô phỏng các giao thức Mobile IP bằng ns2 .
Phần này trình này việc mơ phỏng một giao thức Mobile IP sử dụng NS2. Phiên bản cơ sở ban đầu được viết bởi Robert Hsieh trong bản ns-2 mở rộng. Tuy nhiên, đó là phiên bản sơ khai nên để sử dụng được cho mục đích mơ phỏng theo từng mục đích nghiên cứu, người sử dụng cần phải sửa đổi khá nhiều. Phần dưới đây trình bày chi tiết các bước để mơ phỏng các giao thức mở rộng từ MIPv.6 ban đầu.
Như chúng ta đã biết, bộ mô phỏng ns-2 sử dụng các tệp .tcl (được viết theo ngôn ngữ Tool Command Language) làm các tham số đầu vào do ngôn ngữ vào do