Với các giao thức định tuyến dựa vào bảng, việc cập nhật thông tin định tuyến được thực hiện bằng cách cập nhật bảng định tuyến tại mỗi nút. Các thay đổi trong cấu trúc mạng được truyền tới toàn bộ mạng bằng các gói tin cập nhật. DSDV và OLSR là hai giao thức thuộc loại định tuyến dựa vào bảng.
ü Định tuyến khởi tạo từ nguồn
Các giao thức định tuyến thuộc loại định tuyến theo yêu cầu khởi tạo phía nguồn tạo ra các tuyến chỉ khi được chính nút nguồn có yêu cầu gửi đi các gói tin. Khi mà một nút yêu cầu tuyến tới một nút đích xác định, nó khởi tạo quá trình phát hiện tuyến. Trong quá trình này, nút nguồn đặt thông tin mô tả địa chỉ đích trong tiêu đề của gói tin. Bất kỳ nút trung gian nào nhận được yêu cầu sẽ tìm trong bảng định tuyến của nó tuyến có địa chỉ đích như mô tả. Nếu tuyến tới đích là tồn tại, nút trung gian sẽ trả về tuyến này cho nút nguồn và tiến trình kết thúc. Ngược lại, gói tin yêu cầu sẽ được chuyển tiếp tới các hàng xóm và tiếp tục quá trình tìm kiếm tuyến. Một khi tuyến được tìm thấy, nút nguồn sẽ đặt toàn bộ đường đi trong tiêu đề của gói tin dữ liệu, các nút trung gian sẽ chuyển tiếp gói tin theo đường đi trong tiêu đề. Các giao thức định tuyến được phân loại theo cách này bao gồm AODV, DSR, TORA.
Hình 9 biểu diễn các giao thức định tuyến mạng MANET thuộc 2 loại hướng bảng và khởi tạo phía nguồn.
Hình 9. Định tuyến hướng bảng và khởi tạo phía nguồn theo yêu cầu 3.2.4. Các kĩ thuật khôi phục
Vì thông tin định tuyến trong mỗi nút có thể trở nên cũ không sử dụng được, nhiều giao thức cần khôi phục tuyến hoặc có kĩ thuật duy trì tuyến. Rõ ràng là các giao thức định tuyến chủ động không cần kĩ thuật khôi phục tuyến vì chúng phản ứng lại với các thay đổi cấu trúc trong một chu kỳ ngắn. Tuy nhiên, các giao thức theo yêu cầu cần phải loại bỏ các tuyến mà không còn được sử dụng nữa. Các giao thức sau đây có các kĩ thuật khôi phục (tường minh hay không tường minh): ABR, AODV, CBRP, DREAM3 DSR, FORP, WAR và ZRP.
3.2.5. Chiến lược lựa chọn tuyến
Chiến lược lựa chọn tuyến là khía cạnh quan trọng của giao thức định tuyến mạng MANET. Các chiến lược chính bao gồm:
ü Độ mạnh tín hiệu: Lựa chọn tuyến dọc theo kết nối mà có độ mạnh tín hiệu tốt nhất. Chiến lược này được sử dụng chủ yếu trong giao thức định tuyến ABR và SSR.
ü Ổn định liên kết: Lựa chọn tuyến dọc theo kết nối mà xuất hiện ổn định nhất trong một chu kỳ thời gian. Chiến lược này được sử dụng bởi giao thức định tuyến DST và FORP.
ü Đường đi ngắn nhất/Trạng thái liên kết: Lựa chọn đường đi ngắn nhất theo một số đơn vị đo. Chiến lược này được sử dụng bởi nhiều giao thức định tuyến: CEDAR, DDR, FSR, GSR, HSR, OLSR, và TBRPF.
3.2.6. Cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện
Các giao thức định tuyến cập nhật theo chu kỳ sẽ thi hành việc cập nhật thông tin định tuyến theo chu kỳ. Các cập nhật theo chu kỳ sẽ làm đơn giản hóa các giao thức định tuyến và bảo đảm sự ổn định của mạng và quan trọng nhất đó là cho phép các nút (mới) học về cấu trúc và trạng thái của mạng. Tuy nhiên, nếu chu kỳ giữa các lần cập nhật mà lớn, thì giao thức định tuyến có thể không thể theo kịp việc cập nhật thông tin. Ngược lại, nếu chu kỳ mà nhỏ thì sẽ có quá nhiều gói tin định tuyến được phân phát làm tiêu tốn băng thông một cách nghiêm trọng. Với giao thức cập nhật theo sự kiện, khi có các sự kiện xảy ra (ví dụ khi có liên kết lỗi hoặc có liên kết mới xuất hiện), gói tin cập nhật sẽ được nút phát hiện ra sự kiện phát quảng bá và trạng thái cập nhật có thể được phân phát tới toàn bộ mạng rất sớm. Vấn đề có thể xảy ra là nếu cấu trúc của mạng thay đổi quá nhanh, có rất nhiều gói tin cập nhật sẽ được phân phát tới toàn bộ mạng và sẽ sử dụng một lượng lớn băng thông có thể gây ra dao động tới các tuyến.
3.2.7. Cấu trúc phẳng và cấu trúc phân cấp
Trong cấu trúc phẳng, tất cả các nút trong mạng là cùng mức và có cùng chức năng định tuyến. Định tuyến phẳng là đơn giản và hiệu quả cho các mạng nhỏ. Vấn đề xảy ra khi mạng trở nên lớn hơn, dung lượng của thông tin định tuyến sẽ lớn và cần nhiều thời gian để thông tin định tuyến tới được các nút ở xa. Với các mạng lớn, định tuyến phân cấp (dựa trên cụm) có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề trên. Trong định tuyến phân cấp, các nút trong mạng được tổ chức động thành các phân hoạch gọi là các cụm và sau đó các cụm được hội tụ lại thành các phân hoạch lớn hơn gọi là siêu cụm…Việc tổ chức mạng thành các cụm giúp cho việc bảo đảm cấu trúc mạng ổn định một cách tương đối. Tính động cao của các nút và cấu trúc mạng bị giới hạn trong các cụm. Chỉ thông tin ổn định và mức cao như mức cụm hay mức siêu cụm sẽ được
truyền theo khoảng cách xa vì thế lưu lượng điều khiển (hay phụ tải định tuyến) có thể được giảm nhiều.
Dưới đây là các so sánh từ các tiêu chuẩn khác nhau:
Giao thức
Triết lý định
tuyến
Tính toán
tuyến Cấu trúc Các tuyến
Định tuyến
nguồn
LSR Chủ động Tập trung Phẳng Đơn hoặc đa Không, có thể có
DVR Chủ động Phân tán Phẳng Đơn Không
DSDV Chủ động Phân tán Phẳng Đơn Không
GSR Chủ động Phân tán Phẳng Đơn hoặc đa Không, có thể có
FSR Chủ động Phân tán Phân cấp Đơn hoặc đa Không, có thể có
CGSR Chủ động Phân tán Phẳng Đơn hoặc đa Không, có thể có
WRP Phản ứng lại Phân tán Phẳng Đơn Không (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
DSR Phản ứng lại Quảng bá Phẳng Đa Có
AODV Phản ứng lại Quảng bá Phẳng Đa Không
TORA Phản ứng lại Quảng bá Phẳng Đa Không
ABR Phản ứng lại Quảng bá Phẳng Đơn Có
HSR Lai ghép Kế thừa Phân cấp Đơn Không
Bảng 1. So sánh giữa các giao thức định tuyến (Phân tích định tính 1) Giao
thức Cập nhật Thông tin cập nhật Đích cập nhật
LSR Lai Trạng thái liên kết của hàng xóm Tất cả các nút
DVR Chu kỳ Vec tơ khoảng cách Hàng xóm
DSDV Lai Vec tơ khoảng cách Hàng xóm
GSR Chu kỳ Vec tơ khoảng cách Hàng xóm
FSR Chu kỳ Trạng thái liên kết Hàng xóm
CGSR Chu kỳ Vec tơ khoảng cách Hàng xóm và đầu cụm
WRP Lai Vec tơ khoảng cách Hàng xóm
DSR Hướng sự kiện Lỗi tuyến Nguồn
AODV Hướng sự kiện Lỗi tuyến Nguồn
TORA Hướng sự kiện Độ dài của nút Hàng xóm
ABR Hướng sự kiện Lỗi tuyến Hàng xóm/Nguồn
HSR Trên sự kiện Trạng thái liên kết ảo Các nút trong cụm
Bảng 2. So sánh giữa các giao thức định tuyến (Phân tích định tính 2)
3.3. Các giao thức định tuyến chủ yếu trong mạng MANET [8]
3.3.1. Giao thức DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector) [4]
Giao thức định tuyến DSDV được mô tả trong [4] là giao thức dựa trên bảng khởi nguồn từ kĩ thuật định tuyến cổ điển Bellman-Ford. Các cải tiến từ kĩ thuật định
tuyến Bellman-Ford bao gồm việc tránh tạo ra các vòng lặp trong các bảng định tuyến và việc cập nhật định tuyến là đơn giản hơn. Mỗi nút di động trong mạng bảo đảm bảng định tuyến trong đó tất cả các đích đến có thể nằm trong mạng và số lượng các chặng tới mỗi đích đến được ghi lại. Mỗi đầu vào (entry) của bảng định tuyến được đánh dấu với số thứ tự và gán bởi đích đến. Số thứ tự này cho phép các nút di động phân biệt các tuyến cũ so với các tuyến mới và để tránh việc xuất hiện các vòng lặp định tuyến. Việc cập nhật bảng định tuyến được truyền định kỳ thông qua mạng để bảo đảm tính nhất quán của bảng. Để hỗ trợ việc giảm lưu lượng mạng lớn do quá trình cập nhật có thể tạo ra, các cập nhật tuyến có thể thi hành bằng hai kiểu gói tin. Kiểu đầu tiên được biết đến với tên gọi là kết xuất đầy đủ (full dump). Kiểu gói tin này mang tất cả thông tin định tuyến khả dụng. Trong suốt các chu kỳ di chuyển, các gói tin này hiếm khi được truyền. Các gói tin bổ sung (incremental) nhỏ hơn được sử dụng để truyền chỉ các thông tin bị thay đổi kể từ gói tin kết xuất đầy đủ cuối cùng. Mỗi một quảng bá nên thích hợp với kích cỡ chuẩn của NPDU nhờ đó làm giảm lưu lượng phát sinh. Khi nhận được các gói tin cập nhật định tuyến bổ sung, các nút cập nhật bảng định tuyến của nó.
Các quảng bá tuyến mới chứa địa chỉ của nguồn, đích, số lượng các chặng tới đích đến, số thứ tự của thông tin nhận được đối với đích tương ứng, cũng như số thứ tự mới duy nhất đối với việc quảng bá. Tuyến được gán nhãn với số thứ tự gần đây nhất được sử dụng. Trong trường hợp có hai cập nhật có cùng số thứ tự, tuyến với độ đo nhỏ hơn được sử dụng cho việc tối ưu (làm ngắn) đường đi. Các nút di động cũng giữ
thời điểm thiết lập của các tuyến hoặc thời điểm trung bình được đánh trọng số mà các tuyến tới đích sẽ dao động trước khi tuyến với độ đo tốt nhất được nhận. Bằng việc làm trễ việc quảng bá của cập nhật tuyến bằng độ dài của thời điểm thiết lập, các nút đi động có thể giảm lưu lượng mạng và tối ưu các tuyến bằng việc giới hạn các quảng bá mà có thể xảy ra nếu tuyến tốt hơn được phát hiện trong tương lai rất gần.
3.3.2. Giao thức CGSR (Clusterhead Gateway Switch Routing) [5]
Trong giao thức CGSR, các nút di động được nhóm thành các cụm và mỗi cụm có một cụm trưởng [5]. Thuật toán phân tán trong cụm được sử dụng để lựa chọn cụm trưởng cho cụm. Nhược điểm của chiến lược cụm trưởng đó là việc thay đổi cụm trưởng thường xuyên có thể ảnh hưởng lớn tới hiệu năng giao thức định tuyến vì các nút bận rộn trong việc lựa chọn cụm trưởng hơn là việc truyền các gói tin. Vì thế, thay vì sử dụng việc lựa chọn lại cụm trưởng mỗi khi có sự thay đổi các cụm, người ta sử dụng thuật toán thay đổi cụm trưởng ít nhất LCC (Least Cluster Change). Sử dụng LCC, các cụm trưởng chỉ thay đổi khi hai cụm trưởng liên hệ hoặc khi nút di chuyển ra ngoài vùng tiếp xúc của tất cả các cụm trưởng khác.
CGSR sử dụng DSDV như là chiến lược định tuyến bên dưới và vì thế cũng chịu cùng mức phụ tải như DSDV. Tuy nhiên, nó sửa đổi DSDV bằng cách sử dụng cách tiếp cận định tuyến cụm trưởng tới nút cổng phân cấp để định tuyến gói tin từ
nguồn tới đích. Các nút ở cổng (gateway) là các nút nằm trong phạm vi truyền thông của hai hoặc nhiều hơn các cụm trưởng. Đầu tiên, gói tin được gửi bởi một nút sẽ được định tuyến tới cụm trưởng của nó, và sau đó gói tin được định tuyến từ cụm trưởng tới nút cổng rồi tới cụm trưởng khác và cứ như thế tới cụm trưởng của nút đích mong muốn. Gói tin sau cùng được truyền tới đích. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 10. Định tuyến CGSR từ nút 1 đến nút 8
Hình 10 minh họa ví dụ về chiến lược định tuyến này. Sử dụng phương pháp này, mỗi nút phải giữ “bảng các thành viên cụm” trong đó lưu trữ cụm trưởng đích của mỗi nút di động trên mạng. Các bảng thành viên cụm này được quảng bá bởi mỗi nút một cách định kỳ bằng cách sử dụng giao thức DSDV. Các nút cập nhật các bảng thành viên cụm của chúng khi nhận được thông tin từ hàng xóm.
Ngoài việc sử dụng bảng thành viên cụm, mỗi nút phải bảo đảm bảng định tuyến được sử dụng để xác định chặng kế tiếp để tới được đích. Khi nhận được một gói tin, nút sẽ thăm dò bảng thành viên cụm của nó và bảng định tuyến để xác định cụm trưởng gần nhất dọc theo tuyến tới đích. Kế đến, nút sẽ kiểm tra bảng định tuyến của nó để xác định chặng kế tiếp được sử dụng để tìm được cụm trưởng được lựa chọn kế tiếp. Sau đó nó sẽ truyền gói tin tới nút đó.
3.3.3. Giao thức WRP (Wireless Routing Protocol) [14]
WRP được mô tả trong [14] là giao thức định tuyến dựa trên bảng. Giao thức WRP đảm bảo thông tin định tuyến giữa tất cả các nút trong mạng bằng cách thực thi 4 bảng sau tại mỗi nút di động:
ü Bảng khoảng cách (Distance table) ü Bảng định tuyến (Routing table) ü Bảng chi phí liên kết (Link-cost table)
ü Bảng danh sách truyền lại thông điệp MRL (Message Retransmission List table)
Mỗi đầu vào (entry) của MRL chứa số thứ tự của thông điệp cập nhật, bộ đếm truyền lại, vec-tơ cờ yêu cầu biên nhận đối với mỗi hàng xóm, danh sách các cập nhật được gửi trong thông điệp cập nhật. Các bản ghi MRL có các cập nhật trong thông điệp cập nhật cần được truyền lại và các hàng xóm nên biên nhận việc truyền này.
Nút di động thông báo cho những nút khác các thay đổi liên kết thông qua việc sử dụng thông điệp cập nhật. Thông điệp này chỉ được gửi giữa các nút hàng xóm và chứa danh sách các cập nhật (địa chỉ đích, khoảng cách tới đích và nút đứng trước đích) cũng như danh sách các phản hồi cho biết nút di động nên biên nhận các cập nhật. Nút di động sẽ gửi thông điệp cập nhật tới các nút hàng xóm khi phát hiện thấy lỗi liên kết xảy ra. Các nút hàng xóm sau đó sẽ sửa đổi các đầu vào (entry) của bảng khoảng cách và tiến hành kiểm tra các đường dẫn mới đi qua các nút khác. Đường dẫn mới nào được truyền trở lại nút gốc để nút gốc có thể cập nhật các bảng tương ứng.
Nút di động học về sự tồn tại của các nút hàng xóm từ việc nhận các biên nhận và các thông điệp khác. Nếu nút di động không có nhu cầu gửi dữ liệu, nó vẫn phải gửi thông điệp hello trong một khoảng chu kỳ thời gian xác định để bảo đảm vẫn còn kết nối. Mặt khác, việc thiếu vắng các thông điệp từ nút cho biết có lỗi liên kết đang xảy ra. Khi nút di động nhận được thông điệp hello từ một nút mới, thông tin về nút mới sẽ được thêm vào bảng định tuyến của nút di động và sau đó nó gửi cho nút mới bản sao về thông tin bảng định tuyến của nó.
3.3.4. Giao thức OLSR (Optimized Link State Routing) [16]
Giao thức định tuyến OLSR kế thừa sự ổn định của giao thức trạng thái liên kết. Ưu điểm chính của OLSR là có các tuyến khả dụng ngay lập tức mỗi khi cần. Giao thức OLSR là sự tối ưu của giao thức trạng thái liên kết thuần túy cho mạng MANET. Cụ thể nó giảm kích cỡ của các gói tin điều khiển bằng cách khai báo chỉ một tập các nút chuyển phát trong số các nút hàng xóm, đó là MRP (Multipoint Relay Selectors). Chỉ có các nút chuyển phát của nút mới truyền lại các thông điệp quảng bá của nút. Kĩ thuật này làm giảm đáng kể số lần truyền lại trong thủ tục phát tràn và quảng bá.
Giao thức định tuyến OLSR sử dụng hai thông điệp điểu khiển là thông điệp HELLO và thông điệp điều khiển tô-pô mạng TC (Topology Control). Thông điệp HELLO được sử dụng để xây dựng lên tập MRP và được phát định kỳ một chặng để cảm nhận trạng thái liên kết với các hàng xóm. Để quảng bá tập MRP, nút sử dụng thông điệp TC. Các nút nhận được thông điệp TC sẽ phân tích và lưu các cặp kết nối theo dạng [chặng cuối, nút] trong đó “nút” là các địa chỉ được tìm thấy trong danh sách thông điệp TC. Bảng định tuyến được xây dựng từ cơ sở dữ liệu này bằng cách truy vết các cặp kết nối theo trật tự giảm dần. Để tìm được đường từ nút ban đầu cho trước tới một nút ở xa là R, đầu tiên sẽ tìm cặp kết nối (X, R), trong đó X là một nút hàng xóm của R, sau đó là cặp (Y, X), trong đó Y là một nút hàng xóm của X và cứ