ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 TÊN ĐỀ TÀI: Mạng Manet

Với hàng loạt các ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, các mạng di động không dây đã được phát triển rất mạnh trong thời gian gần đây. Mạng di động không dây có thể chia thành hai kiểu mạng: mạng hạ tầng và mạng không hạ tầng. Trong mạng hạ tầng, truyền thông giữa các phần tử mạng phụ thuộc vào sự hỗ trợ của hạ tầng mạng, các thiết bị đầu cuối di động truyền thông đơn bước không dây qua các điểm truy nhập (các trạm cơ sở) để tới hạ tầng mạng cố định. Kiểu mạng không phụ thuộc hạ tầng còn được gọi chung là các mạng tùy biến di động MANET (Mobile Adhoc Networks), MANET là một tập của các node không dây có thể tự thiết lập cấu hình động để trao đổi thông tin mà không phụ thuộc vào hạ tầng cố định, các kết nối truyền thông trong MANET được thiết lập qua các liên kết không dây đa bước.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - 00 O **  ** O 00 -

MSSV : 0851040022

GVHD: NGUYỄN THÁI HÙNG SVTH: NGUYỄN VĂN HUỲNH LỚP: DV08

MSSV : 0851040022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - 00 O **  ** O 00 -

MSSV : 0851040022

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 8

1 Giới thiệu 9

2 Thuật ngữ và các từ viết tắt 10

2.1 Các chữ viết tắt 10

2.2 Thuật ngữ 10

3 Đặc điểm của mạng không dây di động 13

3.1 Mạng không dây đi động Ad-hoc 14

3.2 Các đặc điểm mạng MANET 14

3.2.1 Cấu hình động 15

3.2.2 Các liên kết với dung lượng thay đổi-băng tần hạn chế 15

3.2.3 Hoạt động tiết kiệm năng lượng 16

3.2.4 Bảo mật vật lý hạn chế 16

3.3 Đặc điểm giao diện MANET 16

3.3.1 Giao diện MANET là gì? 16

3.3.2 Chất lượng giao diện – vô tuyến, di động, tính ngẫu nhiên 16

3.3.3 Những khó khăn đối với mạng MANET 17

3.3.3.1 Giao diện bán quảng bá SBI 18

3.3.3.2 Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân cận mở rộng của các router 19

3.3.4 Các thành phần của mạng MANET 20

4 Cấu trúc mạng MANET 22

4.1 Các thành phần một mạng manet 23

4.2 Các chế độ hoạt động của mạng 24

5 Động lực của mạng MANET 27

5.1 Các mạng gói vô tuyến 27

5.2 Mạng gói vô tuyến và mạng Internet 27

5.3 Mạng gói vô tuyến và mạng MANET 28

6 Phân loại các giao thức định tuyến MANET 30

6.1 DSDV 30

6.1.1Mô tả 30

6.1.2 Đặc điểm 30

6.2 AODV 31

6.2.1 Mô tả chung 31

6.2.1.1 Quản lý bảng định tuyến 32

6.2.1.2 Tìm kiếm đường định tuyến 32

6.2.1.3 Cập nhật đường định tuyến 33

6.2.2 Đặc điểm 33

6.3 DSR 34

6.3.1 Mô tả 34

6.3.1.2 Thủ tục tìm kiếm đường 34

6.3.1.3 Cập nhật đường định tuyến 35

6.3.2 Đặc điểm 36

6.4 ZRP 36

6.4.1 Mô tả 36

6.4.1.1 Mô tả chung 36

6.4.1.2 Vùng định tuyến 37

6.4.2 Đặc diểm 38

6.5 TORA 39

6.5.1 Mô tả 39

6.5.2 Đặc điểm 40

6.6 IMEP 40

6.6.1 Mô tả 40

6.6.2 Đặc điểm 41

6.7 CBRP 41

6.7.1 Mô tả 41

6.7.1.1 Phán đoán liên kết 42

6.7.1.2 Cluster 43

6.7.1.3 Định tuyến 44

6.7.2 Đặc điểm 44

7 So sánh các mạng giao thức không dây 45

7.1 So sánh các giao thức định tuyến cùng kiểu 45

7.1.1 So sánh các giao thức định tuyến theo bảng 45

7.1.2 So sánh các giao thức định tuyến theo yêu cầu 46

7.2 So sánh các giao thức định tuyến khác kiểu 47

8 Định tuyến 49

8.1 Khái niệm định tuyến 49

8.2 Định tuyến trong MANET 49

8.3 Định tuyến đi động lớp IP 50

8.4 Định tuyến trong mạng Ad Hoc 52

8.4.1 Định tuyến Bellman-Ford 52

8.4.2 Định tuyến link State 53

8.4.3 Định tuyến tìm đường 53

8.4.4 Định tuyến On-demand 54

8.4.5 Dịnh tuyến vùng 54

9 Vấn đề về bảo mật 56

10 Ứng dụng và xu hướng phát triển 57

10.1 Ứng dụng 57

10.1.1 Lĩnh vực quân sự 58

10.1.2 Lĩnh vực thương mại 58

10.1.3 Nội bộ 58

10.2 Xu hướng phát triển 58

11 Kết luận 60

Tài liệu tham khảo 61

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.

Chữ ký của giáo viên hướng dẫn

- Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn

thầy Nguyễn Thái Hùng cùng quý thầy cô bộ môn

khoa Điện-Điện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh.

- Trong quá trình thực hiện đồ án gặp những khó khăn và thiếu sót khi thực hiện đồ án, trong thực hiện việc tìm hiểu về định tuyền trọng mạng MANET Nhưng được sự hướng dẫn và chí dạy nhiệt tình của quý thầy cô đã giúp chúng em khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thành được đề tài.

- Kế đó xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp giúp đỡ hoàn thành đồ án nhanh nhất!.

TP HCM, tháng 11 năm 2011

SV thực hiện:

Nguyễn Văn Huỳnh

- Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn

thầy Nguyễn Thái Hùng cùng quý thầy cô bộ môn

khoa Điện-Điện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh.

- Trong quá trình thực hiện đồ án gặp những khó khăn và thiếu sót khi thực hiện đồ án, trong thực hiện việc tìm hiểu về định tuyền trọng mạng MANET

Nhưng được sự hướng dẫn và chí dạy nhiệt tình của quý thầy cô đã giúp chúng em khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thành được đề tài.

- Kế đó xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp giúp đỡ hoàn thành đồ án nhanh nhất!.

I/ GIỚI THIỆU:

Với hàng loạt các ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, cácmạng di động không dây đã được phát triển rất mạnh trong thời gian gầnđây Mạng di động không dây có thể chia thành hai kiểu mạng: mạng hạtầng và mạng không hạ tầng Trong mạng hạ tầng, truyền thông giữa cácphần tử mạng phụ thuộc vào sự hỗ trợ của hạ tầng mạng, các thiết bị đầucuối di động truyền thông đơn bước không dây qua các điểm truy nhập(các trạm cơ sở) để tới hạ tầng mạng cố định Kiểu mạng không phụthuộc hạ tầng còn được gọi chung là các mạng tùy biến di động MANET(Mobile Adhoc Networks), MANET là một tập của các node không dây

có thể tự thiết lập cấu hình động để trao đổi thông tin mà không phụthuộc vào hạ tầng cố định, các kết nối truyền thông trong MANET đượcthiết lập qua các liên kết không dây đa bước Do đặc tính tùy biến nênMANET có thể cung cấp một miền rộng các ứng dụng dịch vụ cho cácvùng mạng cục bộ và đô thị như: Mạng cộng đồng, mạng hỗ trợ khẩn cấp,các điểm truy nhập công cộng, các ứng dụng cho quân đội, các ứng dụngtính toán nhúng và phân tán, các dịch vụ theo khu vực và mạng cảm biến,v v

Bên cạnh các ưu điểm, MANET phải đối mặt với một loạt các thách thức

do chính cấu trúc mạng tạo ra ví dụ như: tính tự trị của các node, điềuhành phân tán, định tuyến đa bước, cấu hình mạng động, công suất tiêuthụ và sự không ổn định của môi trường, liên kết không dây, v v

Để vượt qua các thách thức và hoàn thiện các giải pháp cho mạngMANET, rất nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất các phương pháp mớinhằm cải thiện các vấn đề còn tồn tại của MANET trên một loạt các khíacạnh, ví dụ như: Điều khiển truy nhập phương tiện, định tuyến, quản lýtài nguyên, điều khiển công suất và bảo mật, v v Trong các hướng đó,vấn đề cải thiện kỹ thuật định tuyến luôn được đặt ra hàng đầu, do kỹthuật định tuyến luôn được coi là yếu tố then chốt ảnh hưởng tới hiệu

năng mạng truyền thông nói chung và mạng MANET nói riêng Thêmvào đó, do tính phức tạp và đặc tính truyền thông đa bước trong môitrường truyền dẫn không dây nên hàng loạt các vấn đề phức tạp liên quantới kỹ thuật định tuyến vẫn chưa được giải quyết triệt để và đang đượctiếp tục cải thiện.

2 THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮC:

2.1 Các chữ viết tắt

AS Autonomous System Hệ thống tự trị

BR Border Router Router biên

MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy nhập MANET Mobile Adhoc Network Mạng adhoc di động

MNR MANET Router Router MANET

P2P Peer to peer Ngang cấp

PR Packet Radio Mạng gói vô tuyến

SBI Semi-Broadcast Interface Giao diện bán quảng bá 2.2 Thuật ngữ :

Các thuật ngữ sau đây được sử dụng trong tài liệu:

Node (N): bất kì thiết bị (router hay host) hoạt động theo giao thức IP Router (R): là nốt thực hiện chuyển tiếp các gói tin IP không có địa chỉđích gửi tới Router đó

Host (H): bất kì nốt nào không phải là router, tức là nốt không thực hiệnchuyển tiếp các gói tin tới các nốt khác

Liên kết (link): là phương tiện truyền thông trong đó các node có thể giaotiếp tại lớp liên kết, tức là lớp ngay dưới lớp IP Ví dụ điển hình là cácmạng Ethernet, liên kết điểm-điểm PPP, X.25, Frame Relay hay cácmạng ATM cũng như các đường xuyên hầm lớp Internet như đường hầmqua IPv4 hay IPv6 Khả năng tiếp cận không đối xứng: mô tả hai đặcđiểm của các tính năng giao tiếp của các loại giao diện nhất định Thứnhất, truyền thông ngoại động nghĩa là các gói tin từ X có thể tới Y, và

các gói tin từ Y có thể đến Z nhưng các gói từ X không thể tới Z Thứhai, truyền thông bất song hướng (non-bidirectional) nghĩa là các gói tin

từ X có thể tới Y nhưng các gói từ Y không thể tới X Nhiều giaodiện vô tuyến/không dây có thể thể hiện hai đặc điểm này

Nốt lân cận (neighbor): Trong trường hợp định tuyến, hai router sẽ là

hai nốt lân cận nếu một nốt có thể gửi/nhận các gói tin IP giao thứcđịnh tuyến tới nốt kia mà không cần chuyển qua nốt trung gian trên cùnglớp đó

Giao diện (interface): là điểm gắn kết của một nốt tới một liên kết

truyền thông

Giao diện bán quảng bá SBI (Semi-Broadcast Interface): giao diện

có khả năng quảng bá có thể có “khả năng tiếp cận không đối xứng” Cácgiao diện vô tuyến đa truy nhập thường là giao diện SBI Lưu ý rằng giaodiện SBI có thể có khả năng tiếp cận không đối xứng nhưng nó cũng cóthể không có đặc tính này

Vùng định tuyến (Routing Domain): vùng định tuyến là một mạng

được liên kết với nhau bởi chính sách định tuyến chặt chẽ và cơ cấu tổchức thống nhất Router biên BR (Border Router): router biên tham giavào nhiều vùng định tuyến và thường thực hiện nhiều giao thức địnhtuyến Router biên xác định biên giới giữa nhiều vùng định tuyến của nó.Router biên chịu trách nhiệm thể hiện một nhóm các nốt có thể được tiếpcận qua chính các nốt đó tới mỗi vùng định tuyến Router biên xác địnhthông tin định tuyến để truyền giữa các vùng định tuyến khác nhau

Giao diện mạng MANET(MANET Interface): được phân biệt bởi khảnăng tiếp cận không đối xứng theo đổi theo thời gian của nó (ví dụ: SBI)trong số các router lân cận

Router MANET (MNR): được phân biệt bởi một hay nhiều giao diện

MANET Một router MANET có thể không có hoặc có nhiều giao diệnnon-MANET Router MANET chị trách nhiệm che dấu các đặc điểm của

mạng MANET khỏi các nốt không có khả năng nhận ra mạng MANET.

Router MANET với giao diện MANET đơn được minh họa trong (hình

2.1).

Hình 2.1:Router MANET với một giao diện MANET

Vùng lân cận MANET: là một nhóm các router lân cận có thể giao tiếp

qua các giao diện MANET mà không cần chuyển qua bất kì router trunggian nào

Mạng MANET: là vùng định tuyến bao gồm các router MANET Ví dụ

về mạng MANET được minh họa trong (hình 2.2) Tùythuộc vào chiếnlược quản lý và triển khai,việc tập hợp và phân mảnh các mạng MANET

có thể là một đặc tính được hỗ trợ Nói cách khác, nếu xuất hiện mộtđường truyền thông giữa hai router MANET hoặc hai mạng MANETriêng biệt thì hai mạng MANET này sẽ hợp lại thành một MANET lớnhơn Tương tự như vậy, nếu đường truyền thông giữa hai router MANETbiến mất và không có đường truyền nào thay thế giữa hai routers này thìmạng MANET sẽ bị phân tách thành hai mạng MANET riêng biệt Khikết nối với các mạng khác như mạng Internet, mạng MANET được baoquanh bởi các router biên BR Nghĩa là router biên của mạng MANETtạo ra biên giới giữa một mạng MANET và các vùng định tuyến khác

Hình 2.2: Mạng Adhoc di động

3 ĐẶC ĐIỂM MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG MANET:

Manet bao gồm các nền tảng di động (ví dụ, một bộ định tuyến vớinhiềumáy chủ và thiết bị truyền thông không dây) - đây được gọi đơngiản "nút" - được tự do di chuyển tùy tiện Các nút có thể được đặt tronghoặc trên máy bay, tàu, xe tải, xe hơi, có lẽ ngay cả trên người hoặc cácthiết bị rất nhỏ, và có thể được nhiều máy chủ mỗi router Manet là một

hệ thống tự trị của các nút di động Hệ thống có thể hoạt động trong sự côlập, hoặc có thể có các cổng và giao diện với một mạng lưới cố định.Trong chế độ hoạt động này, nó thường hình dung hoạt động như mộtmạng lưới "sơ khai" kết nối cố định liên mạng Mạng Stub thực hiện giaothông có nguồn gốc và / hoặc dành cho các nút nội bộ, nhưng không chophép lưu lượng truy cập ngoại sinh để "Quá cảnh" qua mạng còn sơ khai.Các nút Manet được trang bị với máy phát không dây và nhận sử dụngăng-ten có thể được đa hướng (phát sóng), cao hướng (point-to-point), cóthể steerable, hoặc kết hợp một số biết Tại một điểm nhất định trong thờigian, tùy thuộc vào vị trí của các nút và truyền phát và các mô hình bảo

hiểm nhận, cấp độ điện năng và mức độ nhiễu đồng kênh, một không dâykết nối trong các hình thức của một đồ thị multihop ngẫu nhiên, hoặc

"đặc biệt" mạng tồn tại giữa các nút Cấu trúc này có thể thay đổi với thờigian như các nút di chuyển hoặc điều chỉnh truyền và tiếp nhận các thôngsố

3.1 Mạng không dây đi động Adhoc:

Một số đặc điểm chính của mạng Ad hoc:

- Mỗi máy chủ không chỉ đóng vai trò là một hệ thống cuối cùng mà cònhoạt động như một hệ thống trung gian

- Mọi nút mạng đều có khả năng di động

- Tôp mạng thay đổi theo thời gian

- Các nút di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn

- Băng thông trong thông tin vô tuyến hẹp

- Chất lượng kênh luôn thay đổi

- Không có thực thể tập trung , nói cách khác là mạng phân bố Có nhiềuthiết bị khác nhau sử dụng trong mạng Ad hoc, chúng đều có đặc điểmchung là sử dụng nguồn năng lượng do pin cung cấp Năng lượng mà pin

có thể cấp cho các thiết bị này là có hạn, hơn nữa mọi hoạt động như thuphát vô tuyến , truyền lại và dẫn đường đểu tiêu thụ năng lượng Vì vậy

mà cần phải có những giao thức về năng lượng có hiệu quả cao và các kỹthuật điều khiển công suất tốt hơn Điều này cũng khó làm được bởi vìcông nghệ pin không có được sự phát triển mạnh mẽ nhanh chóng nhưcông nghệ sản xuất chip… do đó điểm này được coi là một nhược điểmcủa mạng Ad hoc

3.2 Các đặc điểm mạng MANET:

Một mạng MANET bao gồm các hạ tầng di động (ví dụ một router vớinhiều host và thiết bị truyền thông vô tuyến), ở đây được gọi là các nốt(node), đang di chuyển tự do Các nốt có thể được đặt trên máy bay, tầuthủy, xe kéo, ô tô hoặc được mang theo người hay các thiết bị nhỏ, và có

thể bao gồm nhiều host trên một router Một mạng MANET là một hệthống các nốt di động tự trị Hệ thống có thể hoạt động độc lập hoặc cóthể có cổng để giao tiếp với mạng cố định Trong chế độ hoạt động vớicổng giao tiếp với mạng cố định, mạng MANET hoạt động như mộtmạng “đuôi” liên kết với một mạng internet cố định Các mạng “đuôi”truyền lưu lượng xuất phát và/hoặc đến các nốt trong mạng, nhưng khôngcho phép truyền lưu lượng ngoài chuyển tiếp qua mạng Các nốt mạngMANET bao gồm các bộ phát và bộ thu sử dụng ăng ten mọi hướng(omni) để phát quảng bá hoặc ăng ten định hướng để phát điểm-điểm, cóthể điều Chuyên đề Kiến trúc mạng Adhoc di động MANET chỉnh được,hoặc kết hợp các loại ăng ten này Tại một thời điểm nào đó, tùy thuộcvào vị trí của các nốt và vùng phủ sóng bộ thu và bộ phát của chúng, mứccông suất phát và mức nhiễu đồng kênh, một kết nối vô tuyến dưới dạngngẫu nhiên, đồ thị nhiều chặng hay mạng ad hoc tồn tại giữa các nốt Cấuhình adhoc này có thể thay đổi theo thời gian khi các nốt di chuyển hoặcđiều chỉnh các thông số thu phát của chúng

Mạng MANET có một số đặc điểm nổi bật sau đây:

3.2.1 Cấu hình động:

Các nốt di chuyển tự do, do vậy cấu hình mạng gồm nhiều chặng có thểthay đổi ngẫu nhiên và liên tục tại bất kì thời điểm nào, và có thể baogồm cả liên kết song hướng và một hướng

3.2.2 Các liên kết với dung lượng thay đổi-băng tần hạn chế:

Các liên kết vô tuyến có dung lượng thấp hơn nhiều so với các liên kếthữu tuyến tương ứng Ngoài ra, thông lượng thực của liên kết vô tuyếnsau khi tính toán ảnh hưởng của đa truy nhập, pha định, tạp âm và nhiễu thường nhỏ hơn nhiều so với tốc độ truyền dẫn tối đa Một ảnh hưởngcủa dung lượng thấp là tắc nghẽn thường là một hiện thường tiêu biểuchứ không phải ngoại lệ, nghĩa là lưu lượng tổng thường vượt quá dunglượng của mạng Do mạng di động thường là một mở rộng của mạng cố

định, người dùng mạng adhoc di động thường yêu cầu các dịch vụ tương

tự Nhu cầu này sẽ tiếp tục tăng do các ứng dụng kết nối mạng hợp tác vàtruyền thông đa phương tiện gia tăng

3.2.3 Hoạt động tiết kiệm năng lượng:

Một số hoặc tất cả các nốt trong mạng MANET có thể dùng pin hoặc cácphương tiện khác làm nguồn năng lượng Đối với các nốt này, tiêu chíthiết kế hệ thống quan trọng nhất đối với việc tối ưu hóa có thể là sự tiếtkiệm năng lượng

3.2.4 Bảo mật vật lý hạn chế:

Các mạng di động vô tuyến thường thiên về bảo mật lớp vật lý hơn so vớicác mạng hữu tuyến Khả năng bị nghe trộm, giả mạo và tấn công từ chốidịch vụ (denial-of-service) cần được xem xét cẩn thận Các kĩ thuật bảomật liên kết hiệu có thường được áp dụng cho các mạng vô tuyến để giảmcác nguy cơ về bảo mật Bản chất không tập trung của điều khiển mạngtrong mạng MANET cũng tạo ra những ưu điểm đối lại với nhược điểm

“single point of failure” của các mạng quản lý tập trung Ngoài ra, một sốmạng (như mạng dùng trong quân đội hay mạng xa lộ) có thể khá lớn(bao gồm hàng chục hay hàng trăm nốt trong một vùng) Nhu cầu về khảnăng mở rộng không đặc biệt đối với mạng MANET Tuy nhiên, cùngvới các đặc điểm đã nêu trên, các cơ chế để đạt được khả năng mở rộngcũng cần thiết đối với mạng MANET

3.3 Đặc điểm giao diện MANET:

3.3.1 Giao diện MANET là gì?

Được phân biệt bởi khả năng tiếp cận không đối xứng theo đổi theo thờigian của nó (ví dụ: SBI) trong số các router lân cận

3.3.2 Chất lượng giao diện – vô tuyến, di động, tính ngẫu nhiên

(wireless, mobile, Adhoc) :

Trong mạng MANET, chất lượng ảnh hưởng đến việc thiết kế giao thức.Chất lượng cơ bản nhất là chính các đặc điểm của giao diện vô tuyến, tính

di động và sự tương tác ngẫu nhiên không theo thể thức nhất định (Adhoc) Các giao diện vô tuyến thường có các đặc điểm phức tạp hơn so vớicác giao diện hữu tuyến Nhiều giao thức (như IPv6) không được thiết kế

để hoạt động trong các mạng vô tuyến với khả năng tiếp cận không đốixứng Các giao diện vô tuyến cũng có thể hoạt động với hiệu năng (tỉ lệmất gói, tốc độ dữ liệu) thay đổi linh hoạt theo thời gian và các yếu tố này

có ảnh hưởng lớn đối với giao tiếp nội bộ Tính di động của các thiết bịtrong mạng cũng làm ảnh hưởng lớn đến việc truyền thông, nó làm tăngthêm khó khăn trong việc thiết lập và duy trì mối quan hệ giữa các nốtmạng Kết nối mạng adhoc (adhoc networking) còn tạo thêm một số vấn

đề do nó cho phép các nốt tham gia và rời bỏ mạng, thậm chí thành lậpmột mạng mới, tại bất kì thời điểm nào

3.3.3 Những khó khăn đối với mạng MANET :

Các đặc điểm của mạng MANET dẫn đến nhiều thử thách dưới nhiềuhình thức do vậy cần phải có giao thức hoạt động riêng cho mạngMANET

3.3.3.1 Giao diện bán quảng bá SBI:

Với một giao diện SBI có khả năng tiếp cận không đối xứng thay đổi theothời gian và các router MANET phân bố rời rạc trong không gian, mỗirouter có thể có tầm nhìn khác nhau đối với mạng MANET Nghĩa là mỗinốt có thể nhìn thấy nhóm các router MANET lân cận khác nhau.Nhóm các router MANET lân cận do mỗi router MANET nhận thấy trongkhu vực xung quanh thuờng yêu cầu các router MANET khác gửi các gói

từ cùng giao diện vô tuyến mà các router này nhận các gói tin Về mặtcấu hình mạng, việc chuyển tiếp các gói tin qua cùng một giao diện sẽdẫn đến việc một gói tin sẽ được gửi đến nhiều router do đuợc truyền quaphuơng tiện truyền thông vô tuyến tại một vị trí mới Một ví dụ đuợc chỉ

ra trong (hình 3.1), mỗi router có thể giao tiếp với một nhóm router khácnhau Việc chuyển tiếp các gói tin qua cùng giao diện mà các router nhậncác gói tin tới cũng dẫn dến nhân đôi số lượng gói tin IP mà các routernhận đuợc với nhiều hơn một router lân cận trong khi đang chuyển sangtiếp cận nhóm các router lân cận mới Do vậy, việc phát hiện gói tin đuợcnhân đôi cũng là một phần luôn có trong vấn đề thiết kế giao thứcMANET

Hình 3.1: Các router lân cận giao diện SBI

3.3.3.2Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân

cận mở rộng của các router:

Việc xác định quá trình quyết định sự có mặt của các router bên cạnh, sựtiếp tục có mặt và kết thúc có mặt là một thử thách lớn đối với mạngMANET Mối liên hệ giữa các router cạnh nhau rất khó xác định do cácđặc điểm của giao diện MANET.Hai nốt bất kì có thể là nốt lân cận hoặckhông phải nốt lân cận và một số cơ chế đơn giản đuợc sử dụng để xácđịnh mối quan hệ nốt lân cận như: chỉ nhận gói đơn, tỉ lệ mất gói chấpnhận được, và bắt tay đơn giản RFC2461 thực hiện trao đổi bản tin banđầu để xác định mối quan hệ lân cận hoặc sự vắng mặt Trong mạng vớigiao diện MANET các loại mối quan hệ nốt lân cận cũng như các cơ chếphát hiện và duy trì trạng thái của các mối liên hệ sẽ mở rộng hơn.Cácgiao diện mạng vô tuyến có thể thực hiện truyền thông đơn hướng Cácmạng vô tuyến động cũng có thể thực hiện phân phối các gói thay đổi lớntheo thời gian giữa các cặp giao diện mạng, do vậy tỉ lệ mất gói có thểkhông đủ để xác định mối quan hệ nốt lân cận Tương tự như vậy, khi cácnốt di chuyển tương đối với nhau, tỉ lệ mất gói cũ có thể không ảnhhưởng đến khả năng truyền thông trong tương lai Trong mạng MANETvới giao diện SBI, các router MANET trong cùng một vùng không giannhỏ thường được kết nối với các router ở gần với mật độ dày đặc Cácrouter này tạo thành một tập các mối quan hệ nốt lân cận mở rộng

Tập các router này được gọi là một quần thể MANET (MANETneighborhood) Một quần thể MANET thường bao gồm một vài routerMANET, với mỗi router lại được kết nối dày đặc với các router khác Cácmối quan hệ quần thể động này không thích hợp với các giao thứcInternet được thiết kế cho các mạng cố định như mô hình mạng Ethernet.Với mối quan hệ quần thể mờ nhạt như vậy giữa các router MANET, môhình địa chỉ liên kết với một Ethernet link là không hợp lý Ví dụ, trongmột mạng Ethernet, các nốt thường được thông báo dải các địa chỉ đang

sử dụng trên liên kết (“on-link”) Trong mạng MANET thì các routerMANET không thể chắc chắn được nhóm router MANET nào đó sẽ luôn

có thể kết nối tới được Thay vào đó, các router MANET phải dò tìm vàxác định ra các router lân cận của nó và sau đó xử lý đối với sự thay đổitrong số các router lân cận này theo thời gian

3.3.4 Các thành phần của mạng MANET:

Do các đặc điểm của mạng MANET (di động, vô tuyến, không dự tínhtrước) nên việc xác định các thành phần của một mạng MANET là rất khókhăn, nếu không nói là không thể trong một số trường hợp nhất định

Hình 3.2: Mạng MANET

Tại một thời điểm mạng MANET có thể bao gồm một số nốt nào đó,nhưng tại thời điểm sau đó mạng này có thể chia thành nhiều mạngMANET Sau đó nó lại có thể nhập lại thành một nhóm mới các node vàtạo thành mạng MANET lớn hơn Các router nhất định trong một mạng

MANET có thể kết nối với các vùng định tuyến khác nhau Các routernày được gọi là router biên BR (border router), và chúng thường chạynhiều giao thức định tuyến Các router biên có nhiệm vụ lựa chọn thôngtin định tuyến để thông báo giữa các vùng định tuyến liên quan đến nhau.Router biên cũng cho thấy các router có thể tiếp cận được thông qua nó.Khi các thành viên trong mạng MANET thay đổi, thì kết nối của cácrouter biên trong mạng MANET cũng thay đổi Do vậy, rất khó để routerbiên có thể thể hiện tập hợp cố định các nốt tiếp cận được (reachablenode) Nó có thể lựa chọn không thông báo bất kì thông tin định tuyếnnào về mạng MANET đó cho các vùng định tuyến khác.

4 CẤU TRỨC MẠNG MANET:

Ad hoc như những bộ định tuyến không dây Mạng Ad hoc có thể hoạtđộng độc lập hoặc kết nối với mạng Mạng vô tuyến Ad hoc là mạng tậphợp các nút di động hoặc bán di động và không có cơ sở hạ tầng Manet( Mobile Ad-hoc Network) - Mạng không dây di động Theo định nghĩacủa Tổ chức Internet Engineering Task Force (IETF)- Mạng Manet làmột vùng tự trị ( Autômmous System) của các router (đó chính là cácnode) được kết nối với nhau bằng liên kết không dây, các node có thể dichuyển một cách tự do nên kiến trúc của mạng thay đổi liên tục mà khôngthể dự đoán trước

Hinh 4.1: Cấu trúc mạng MANET

Mỗi nút mạng có một giao diện vô tuyến và giao tiếp với nút mạng khácthông qua sóng vô tuyến hoặc tia hồng ngoại Topo mạng thay đổi liên

tục khi các nút mạng tham gia hoặc rời khỏi mạng hay khi kết nối vôtuyến trở nên không còn thích hợp.Mạng Ad hoc được hình thành bởi cácnút di động có khả năng phát hiện ra sự có mặt của các nút khác và tựđịnh dạng để tạo nên mạng Ví dụ như một nút yêu cầu truyền tới mộtmạng ở xa nó thì trong mạng có thể thiết lập liên lạc qua những nút trunggian, các gói được chuyển tiếp tới nút nguồn, đích nhờ những nút trunggian Do đó các nút mạng Internet

Trong mạng Ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung , nó đảmbảo mạng sẽ không bị sập vì trường hợp nút mạng di chuyển ra ngoàikhoảng truyền dẫn của nút mạng khác vì nó trao đổi thông tin bằngphương pháp truyền gói tin qua nhiều bước (multi-hop), đồng thời mạng

sẽ tự cấu hình lại Ví dụ: Nếu nút mạng rời khỏi mạng sẽ gây ra sự cố mấtliên kết , nút mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đường định tuyến mới vàvấn đề sẽ được giải quyết Điều này chỉ gây trễ trên mạng mà không ảnhhưởng đến người sử dụng vì mạng Ad hoc vẫn hoạt động bình thường.Hiện nay tồn tại hai kiểu topa mạng Ad hoc:

Hình 4.2: Mạng máy chủ di động  Hình 4.3: Thiết bị không đồng nhất

4.1 Các thành phần một mạng manet:

Do các đặc điểm của mạng MANET (di động, vô tuyến, không dự tínhtrước) nên việc xác định các thành phần của một mạng MANET là rất

khó khăn, nếu không nói là không thể trong một số trường hợp nhất định.Tại một thời điểm mạng MANET có thể bao gồm một số nốt nào đó,nhưng tại thời điểm sau đó mạng này có thể chia thành nhiều mạngMANET Sau đó nó lại có thể nhập lại thành một nhóm mới các node vàtạo thành mạng MANET lớn hơn.

Các router nhất định trong một mạng MANET có thể kết nối với cácvùng định tuyến khác nhau Các router này được gọi là router biên BR(border router), và chúng thường chạy nhiều giao thức định tuyến Cácrouter biên có nhiệm vụ lựa chọn thông tin định tuyến để thông báo giữacác vùng định tuyến liên quan đến nhau Router biên cũng cho thấy cácrouter có thể tiếp cận được thông qua nó Khi các thành viên trong mạngMANET thay đổi, thì kết nối của các router biên trong mạng MANETcũng thay đổi Do vậy, rất khó để router biên có thể thể hiện tập hợp cốđịnh các nốt tiếp cận được (reachable node) Nó có thể lựa chọn khôngthông báo bất kì thông tin định tuyến nào về mạng MANET đó chocácvùng định tuyến khác

4.2 Các chế độ hoạt động của mạng:

MANET có hai chế độ hoạt động chính là chế độ cở sở hạ tầng và chế độIEEE Ad- hoc

Chế độ cơ sở hạ tầng: Chế độ này thì mạng bao gồm các điểm truy cập

AP cố định và các node di động tham gia vào mạng, thực hiện truyềnthông qua các điểm truy cập Trong chế độ này thì các liên kết có thể thựchiện qua nhiều chặng

Chế độ IEEE Ad- hoc: Chế độ này thì các node di động truyền thôn trực

tiếp với nhau mà không cần tới một cơ sở hạ tầng nào cả Trong chế độnày thì các liên kết không thể thực hiện qua nhiều chặng

5 ĐỘNG LỰC CỦA MẠNG MANET:

Các nguyên lý thiết kế lõi giao thức IP như kết nối mạng không kết nối(connectionless) và chuyển tiếp dựa trên gói đặc biệt thích hợp áp dụngđối với Chuyên đề Kiến trúc mạng Adhoc di động MANET trường hợpmạng động như mạng MANET Tuy nhiên, cần có thêm một số chứcnăng bổ sung để đáp ứng những thử thách và cơ hội trong mạng MANET

5.1 Các mạng gói vô tuyến:

Động lực ban đầu của mạng MANET là kết nối mạng gói vô tuyến PR(Packet Radio) Trong mạng gói vô tuyến, mỗi router được trang bị mộtgiao diện vô tuyến Mỗi router đều có thể di động và các router có thểhoặc có thể trở thành bị phân tách về mặt không gian, do vậy các routerkhông thể giao tiếp trực tiếp với nhau.Hai router có thể yêu cầu một hoặcnhiều router trung gian để chuyển tiếp(định tuyến) các gói tin thay mặt

cho chúng Trong ví dụ trong (Hình 5.1), để mạng PR1 gửi các gói tin

đến mạng PR3, mạng PR2 trung gian phải chuyển tiếp cá gói tin này.Như vậy mạng PR2 phải nhận gói tin từ mạng PR1tại giao diện của nó vàquyết định truyền lại các gói tin qua cùng giao diện đó như khi các gói tinnày được nhận để các gói tin này có thể đến được mạng PR3 Nhìn từmạng PR2 thì cả mạng PR1 và PR3đều là các router lân cận trong đó PR1

và PR3 lại không phải là các router lân cận của nhau

Hình 5.1: Mạng gói vô tuyến (PR) cơ bản 5.2 Mạng gói vô tuyến và mạng internet:

Các mạng gói vô tuyến dẫn đến các thử thách liên quan đến kiến trúcmạng như làm thế nào để kết nối các mạng gói vô tuyến với các mạngkhác, đặc biệt là các mạng cố định Một thử thách khác nữa là làm thếnào để giải quyết sự khác biệt về đặc tính của các giao diện và các nốtkhác nhau có mặt trong các mạng khác nhau

Các phương diện trên của mạng gói vô tuyến đã giúp kích thích sự pháttriển của giao thức Internet, một kiến trúc dựa trên kết nối mạng khôngkết nối (connectionless networking) và chuyển tiếp dựa trên gói (packet-based forwarding), hai đặc điểm cho phép việc kết nối giữa các thiết bịkhác loại bởi các công nghệ truyền thông hỗn hợp

5.3 Mạng gói vô tuyến và mạng MANET:

Cấu hình router trong (hình 5.2) là cấu hình router MANET đơn giản

nhất: một giao diện duy nhất triển khai các đặc điểm của giao diệnMANET

Hình 5.2: Router MANET với một giao diện MANET

Ngoài ra còn rất nhiều thử thách khác đối với cả mạng MANET và mạnggói vô tuyến như: các giao diện không dây dẫn đến việc chia sẻ tàinguyên truyền thông và dẫn đến sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các nốt lâncận, và các nốt này thường giao tiếp trực tiếp hoặc gián tiếp Sự thay đổilinh hoạt của các kênh vô tuyến và sự di chuyển của các nốt sẽ dẫn đến

khả năng mất gói và sự thay đổi cấu hình mạng liên tục (Hình 5.3) cho

thấy một giản đồ chung về mạng MANET: mỗi router MANET (MNR)

có một hoặc nhiều giao diện MANET, qua đó các giao thức nhận ra giaodiện MANET sẽ hoạt động để đảm bảo truyền thông trong mạng MANET

và vận hành các giao diện khác không phải giao diện MANET, liên lạcvới phía các host hoặc các mạng khác Qua các giao diện nhận dạngkhông phải mạng MANET (non-MANET), các giao thức không cần nhận

ra các đặc tính của mạng MANET

Hình 5.3: Mạng Adhoc di động (MANET)

6 PHÂN LOẠI CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MANET:

Phân loại các giao thức định tuyến:

- Dựa trên bảng định tuyến: DSDV, WRP,

- Theo yêu cầu: AODV, DSR, LMR > TORA, ABR > SSR

6.1 DSDV:

6.1.1 Mô tả:

DSDV là giao thức định tuyến vecto khoảng cách theo kiểu từng bước:trong mỗi nút mạng duy trì bảng định tuyến lưu trữ đích có thể đến ởbước tiếp theo của định tuyến và số bước để đến đích DSDV yêu cầu nútmạng phải gửi đều đặn thông tin định tuyến quảng bá trên mạng

Ưu điểm của DSDV là đảm bảo không có đường định tuyến kín bằngcách sử dụng số thứ tự đệ đánh dấu mỗi đường Số thứ tự cho biết mức

độ “mới” của đường định tuyến, số càng lớn thì mức độ đảm bảo càngcao (đường R được coi là tốt hơn R’ nếu số thứ tự của R lớn hơn, trongtrường hợp có cùng số thứ tự thì R phải có số bước nhỏ hơn) Số thứ tự

sẽ tăng khi nút A phát hiện ra đường đến đích D đị phá vỡ, sau đó nút Aquảng bá đường định tuyến của nó tới nút D với số bước không giới hạn

và số thứ tự sẽ tăng lên

Về cơ bản DSDV dùng thuật toán vecto khoảng cách có điều chỉnh chophù hợp với mạng Ad hoc: có xét đến thay đổi cấu trúc mạng giữa cáclần quảng bá thông tin Để giảm lượng thông tin trong các gói tin cậpnhật thông tin DSDV sử dụng hai loại bản tin: bản tin đầy đủ và bản tin

có thông tin mới (so với thông tin cập nhật trước đó)

6.1.2 Đặc điểm:

DSDV phụ thuộc vào thông tin quảng bá định kỳ nên nó sẽ tiêu tốn thờigian để tổng hợp thông tin trước khi đường định tuyến được đưa vào sửdụng Thời gian này là không đáng kể đối với mạng có cấu trúc cố định

nói chung (bao gồm cả mạng có dây), nhưng với mạng Ad hoc thời giannày là đáng kể, có thể gây ra mất gói tin trước khi tìm ra được định tuyếnhợp lý Ngoài ra, bản tin quảng cáo định kỳ cũng là nguyên nhân gây ralãng phí tài nguyên mạng.

6.2AODV:

6.2.1 Mô tả chung:

Giao thức định tuyến AODV cho phép định tuyến nhiều bước giữa cácnút mạng để thiết lập và duy trì mạng Ad hoc AODV dựa trên thuật toánvecto khoảng cách nhưng thuộc loại định tuyến yêu cầu, AODV chỉ yêucầu định tuyến khi cần thiết và không yêu cầu nút mạng phải duy trìđường định tuyến đến các nít mạng không tham gia trao đổi thôngtinAODV cho phép: định tuyến mở khi liên kết bị phá vỡ thông báo đượcgói đi ngay lập tức đến nhóm nút mạng liên quan và chỉ những nút mạngnày thôi Hơn nữa AODV cũng hỗ trợ định tuyến multicast và giải quyếtđược vấn đề đếm vô hạn trong thuật toán Bellman-Ford Việc sử dụng sốthứ tự ở nút mạng đích giúp cho đường định tuyến luôn được cập nhật vàkhông hình thành đường định tuyến khép kín

Thuật toán sử dụng nhiều dạng bản tin khác nhau để phát hiện và duy trìliên kết trong mạng Khi nút mạng muốn sử dụng hoặc tìm đường địnhtuyến đến nút mạng khác, nó quảng bá bản tin yêu cầu đường định tuyếnRREQ đến tất cả nút mạng gần nó Bản tin RREQ này truyền trên mạngđến khi nó đến được nút mạng đích hoặc một nút mạng có đường địnhtuyến đến đích Sau đó bản tin RREP sẽ được gửi lại, thông báo với nútnguồn

Ngoài ra AODV còn sử dụng bản tin HELLO (là dạng bản tin RREP thugọn) để quảng bá tới nút mạng bên cạnh Bản tin này cho biết sự hiệndiện của nút mạng nguồn trong mạng và nút mạng gần đó sử dụng đườngđịnh tuyến thông qua nút mạng nguồn phát tín hiệu quảng bá, đường địnhtuyến đó là hợp lệ Nếu nút mạng không nhận được bản tin HELLO từ