Nghiên cứu các giao thức định tuyến aodv, DSR và OLSR trong hệ thống mạng manet

MANET là một mạng bao gồm các thiết bị di động vô tuyến kết nối ngang hàng với nhau hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của các thiết bị trung tâm c ng như các cơ s

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN TOÀN QUYỀN

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR VÀ OLSR TRONG HỆ THỐNG

MẠNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Đà Nẵng - Năm 2016

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN TOÀN QUYỀN

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR VÀ OLSR TRONG HỆ THỐNG

MẠNG MANET

Chuyên ngành : HỆ THỐNG THÔNG TIN

Mã số : 60.48.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ VĂN SƠN

Đà Nẵng - Năm 2016

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu

và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, đƣợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Toàn Quyền

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 5

6 Kết quả dự kiến 5

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MANET 7

1.1 MẠNG KHÔNG DÂY 7

1.1.1 Giới thiệu về mạng không dây 7

1.1.2 Phân loại mạng không dây 8

1.1.3 Những đặc điểm chính của mạng không dây 11

1.2 MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN MANET 11

1.2.1 Giới thiệu về mạng MANET 11

1.2.2 Các đặc điểm của mạng MANET 13

1.2.3 Một số ứng dụng mạng MANET 14

1.3 TIỂU KẾT CHƯƠNG 1 18

CHƯƠNG 2 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR VÀ OLSR TRONG MANET 19

2.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN 19

2.1.1 Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết 20

2.1.2 Định tuyến dựa trên vector khoảng cách 20

2.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG AD HOC 21

2.2.1 Các yêu cầu chung 21

2.3.1 Khám phá đường 30

2.3.2 Thiết lập đường đảo chiều 31

2.3.3 Thiết lập đường chuyển tiếp 31

2.3.4 Quản lý bản định tuyến 33

2.3.5 Duy trì đường 34

2.3.6 Xử lý lỗi, hết hạn và xóa bỏ tuyến 36

2.3.7 Quản lý kết nối nội vùng 39

2.3.8 Sửa chữa nội vùng 39

2.4 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DSR 42

2.4.1 Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery) 44

2.4.2 Cơ chế duy trì thông tin định tuyến (Route Maintanance) 50

2.5 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OLSR 51

2.5.1 Cấu trúc bản tin 52

2.5.2 Hoạt động 56

2.6 SO SÁNH CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 59

2.7 TIỂU KẾT CHƯƠNG 2 61

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC AODV, DSR VÀ OLSR TRONG MÔI TRƯỜNG NS-2 62

3.1 GIỚI THIỆU MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG NS 62

3.2 MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY TRONG MÔI TRƯỜNG NS 65

3.2.1 Tạo MobileNode trong NS 66

3.2.2 Tạo sự hoạt động cho Node 66

3.2.3 Các thành phần cấu thành mạng trong một MobileNode 67

3.2.4 Các bước viết m tcl để thực thi mô phỏng mạng wireless 69

3.4.1 Mô phỏng di chuyển trong mạng 75

3.4.2 Mô phỏng tải trong mạng 78

3.5 TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 83

ẾT LU N 84 TÀI LIỆU THAM HẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN BẢN (Bản sao)

AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing

IBSS Independent Basic Service sets

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

WPAN Wireless Persional Area Network

WUSB Wireless Universal Serial Bus

Số hiệu

2.1 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 1 472.2 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 2 482.3 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 3 482.4 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 4 49

Số hiệu

1.2 Minh họa mạng không dây với các điểm truy cập cố định 10

1.4 Ứng dụng cho các dịch vụ kh n cấp khi có thiên tai 15

2.9 Định dạng bản tin Hello 53

2.15 Thiết lập mối quan hệ hàng xóm giữa hai node 58

3.2 Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS 65

3.6 Chu n hóa dữ liệu đầu ra của giao thức AODV 73

3.8 Chu n hóa dữ liệu đầu ra của giao thức DSR 74

3.15a Tỷ lệ gói tin nhận đƣợc của giao thức AODV 79 3.15b Tỷ lệ gói tin nhận đƣợc của giao thức DSR 80 3.15c Tỷ lệ gói tin nhận đƣợc của giao thức OLSR 80

3.16a Độ trễ trung bình của giao thức AODV 81

3.17a Thông lƣợng trung bình của giao thức AODV 82 3.17b Thông lƣợng trung bình của giao thức DSR 82 3.17c Thông lƣợng trung bình của giao th ức OLSR 83

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Những năm gần đây công nghệ thông tin đ có những bước tiến vượt bậc và được áp dụng vào hầu hết các mặt của đời sống x hội như kinh tế, giáo dục, y tế, quân sự, X hội càng phát triển thì nhu cầu thông tin ngày càng tăng lên, người dùng cần nhu cầu kết nối thông tin mọi lúc mọi nơi Nhu cầu truyền thông ngày càng lớn đ i hỏi những dịch vụ chất lượng cao, do đó cần phải có cơ sở hạ tầng đáp ứng cho quá trình truyền thông trên nhiều môi trường khác nhau Đặc biệt sự ra đời mạng không dây đ đáp ứng một phần nhu cầu truyền thông cho những nơi mà mạng có dây không thể thực hiện tốt được Mặt khác, có nhiều giao thức định tuyến ra đời nh m đáp ứng việc nâng cao chất lượng dịch vụ Từ đó có những đánh giá hiệu năng truyền thông làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo MANET là một mạng bao gồm các thiết bị di động vô tuyến kết nối ngang hàng với nhau hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của các thiết bị trung tâm c ng như các cơ sở hạ tầng mạng cố định, nên nó vừa đóng vai tr truyền thông, vừa đóng vai tr như thiết bị định tuyến Một mạng tùy biến là một tập hợp các thiết bị di động hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của bất kỳ sự quản lý tập trung hoặc các dịch vụ hỗ trợ chu n nào thường có trên mạng diện rộng mà ở đó các thiết bị di động có thể kết nối được Nó có thể hoạt động một mình hoặc có thể được kết nối tới Internet MANET là một mạng có cơ sở hạ tầng nhỏ do nó không yêu cầu bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào (như một trạm cơ sở) cho hoạt động của nó vì và vậy nó có thể được triển khai nhanh chóng và có khả năng tự cấu hình Do MANET là một mạng mềm dẻo mà có thể được thiết lập tại bất cứ đâu vào bất cứ thời điểm nào mà

không cần đến cơ sở hạ tầng hiện tại, bao gồm cả sự cấu hình trước đó và người quản trị, mọi người có thể nhận ra tiềm năng thương mại và lợi thế của mạng ad hoc có thể mang lại MANET có thể được dùng trong quân sự, trong các mạng cảm biến, các hoạt động cứu hộ, sử dụng để truyền thông giữa các sinh viên trong khu trường sở, trao đổi thông tin và dữ liệu trong các khu thương mại, tự do chia sẻ kết nối Internet, dùng trong các buổi hội thảo,… Hiện nay, một số giao thức định tuyến truyền thống không c n phù hợp với MANET mà được thay thế b ng các giao thức định tuyến theo yêu cầu, bảng ghi, kết hợp,

Vì vậy, luận văn này chúng tôi nghiên cứu mạng di động tùy biến không dây (Mobile Ad Hoc Network - MANET) trong đó mọi nút đều có khả năng

di chuyển nên không có một nút mạng cố định nào thực hiện chức năng điều khiển trung tâm Vì vậy việc định tuyến cho dữ liệu truyền đi trên MANET đang là vấn đề được các nhà nghiên cứu quan tâm có ý nghĩa khoa học rất lớn trong việc điều khiển thông tin truyền tin mạng một cách sáng suốt và đáp ứng tốt với sự phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện hiện nay Trong các nghiên cứu gần đây các giao thức AODV, DSR và OLSR chỉ

ra cách thức truyền gói tin đến các nút mạng trong mạng tùy biến không dây

Nội dung chính của luận văn s nghiên cứu các giao thức định tuyến

AODV, DSR và OLSR trong hệ thống mạng MANET Đồng thời đánh giá

hiệu quả các quá trình truyền tin của các giao thức định tuyến đó trong MANET dựa trên phương pháp mô phỏng b ng NS-2 Từ đó đề xuất môi trường áp dụng tốt cho từng giao thức khác nhau, đảm bảo truyền thông tin cậy và hiệu quả

Nội dung luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng không dây Trong chương này, tôi nghiên cứu các cơ sở lý thuyết nền của mạng không dây, phân loại mạng

không dây, các thiết bị hạ tầng để triển khai hệ thống mạng không dây và ứng dụng tích cực vào MANET

Chương 2: Nghiên cứu các giao thức định tuyến AODV, DSR và OLSR trên MANET nh m tập trung đi sâu phân tích một số thuật toán định tuyến truyền thống và các giao thức định tuyến AODV, DSR và OLSR trên hệ thống mạng, từ đó đưa ra các khuyết điểm mà các giao thức truyền thống không thể áp dụng cho MANET Thông qua việc phân loại các giao thức định tuyến trên MANET để so sánh và đánh giá các giao thức định tuyến đó trên MANET

Chương 3: Mô phỏng một số giao thức định tuyến trên MANET Sau khi nghiên cứu k các giao thức định tuyến ở chương 2, tôi s sử dụng phương pháp mô phỏng NS-2 cho môi trường MANET để so sánh, đánh giá hiệu năng một số giao thức định tuyến theo yêu cầu

2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài

2.1 Mục tiêu

Các mạng AD HOC ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cuộc sống như khoa học, giáo dục, y tế, quân sự,… do nó có ưu điểm nổi bật là loại bỏ sự phụ thuộc vào các cơ sở hạ tầng mạng cố định Vấn đề đặt

ra là đánh giá hiệu quả hoạt động của các giao thức định tuyến trong MANET trên nhiều khía cạnh và phương diện khác nhau Một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của các giao thức định tuyến đó là sự linh động của các nút mạng Mục đích của luận văn là nghiên cứu các giao thức định tuyến kết hợp với việc đưa ra các kết quả mô phỏng để đánh giá hiệu quả làm việc của chúng Căn cứ vào mục đích chính của luận văn, tôi xin đưa ra các mục tiêu cụ thể như sau:

- Giới thiệu tổng quan về Mạng di động không dây đặc biệt –MANET

- Nghiên cứu một số giao thức định tuyến không dây sử dụng trong MANET: AODV, OLSR, DSR

- Xác định các tham số hiệu suất chính của các giao thức định tuyến

- Tìm hiểu khả năng mô phỏng các giao thức định tuyến c ng như các

mô hình chuyển động khác nhau của bộ mô phỏng mạng NS-2

- Đánh giá b ng mô phỏng một số giao thức định tuyến phổ biến

trong các ngữ cảnh chuyển động của các nút mạng khác nhau

2.2 Nhiệm vụ

Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ của tôi là nghiên cứu, thực hiện việc phân tích, so sánh và đánh giá các giao thức theo các tiêu chí về hiệu năng hoạt động đồng thời chỉ ra hướng cần cải tiến cho các giao thức này

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Tổng quan về MANET

- Vấn đề định tuyến trên MANET

- Các thuật toán tren MANET

- Ứng dụng các thuật toán trong định tuyến trên MANET

- Các giao thức chính ADOV, DSR, OLSR

- Một số bài báo và luận văn tốt nghiệp khóa trước

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ tiến hành nghiên cứu về MANET và các giao thức định tuyến AODV, DSR và OLSR

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu, chúng tôi đ sử dụng hai phương pháp chính

là nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm

4.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Tìm hiểu, thu thập và phân tích các tài liệu liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu các tài liệu mô tả đề tài và lựa chọn hướng giải quyết vấn đề

- Xây dựng chương trình để kiểm nghiệm kết quả

4.2 Phương pháp thực nghiệm

- Sử dụng chương trình mô phỏng trong môi trường NS-2

- Kiểm tra và thực nghiệm chương trình và đánh giá kết quả

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Về khoa học: Đề tài s là một tài liệu đáng tin cậy cho những người muốn nghiên cứu tìm hiểu về MANET và vấn đề định tuyến trên MANET Hiểu rõ hơn về các thuật toán trong MANET

Về thực tiễn: Kết quả thực hiện đề tài s là cơ sở cho việc lựa chọn các giao thức định tuyến trên MANET khi đưa vào cài đặt và sử dụng trong thực

tế Qua đó có thể biết được những trường hợp nào có lợi và những trường hợp nào không có lợi để tìm ra phương pháp thay thế cho trường hợp xấu nhất để phát huy tốt hơn

6 Kết quả dự kiến

6.1 Lý thuyết

- Tổng quan về MANET

- Giới thiệu một số vấn đề định tuyến trên MANET

- Giới thiệu một số thuật toán trên MANET

- Ứng dụng các thuật toán trong định tuyến trên MANET

6.2 Thực tiễn

- Chọn lọc và cải tiến các thuật toán để ứng dụng vào định tuyến trên MANET

- Xây dựng được chương trình để đánh giá kết quả tốt nhất và loại bỏ những trường hợp xấu

7 Bố cục của luận văn

Báo cáo của luận văn dự kiến tổ chức thành 3 chương chính như sau:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MANET

1.1 Giới thiệu về MANET

1.2 Các đặc điểm về MANET

1.3 Phân loại

CHƯƠNG 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR VÀ OLSR TRONG MANET

2.1 Giao thức định tuyến cổ điển

2.2 Giao thức định tuyến trong mạng AD HOC

2.3 AD HOC ON- DEMAND DISTANCE VECTOR ROUTING (AODV)

2.4 DYNAMIC SOURCE ROUTING (DSR)

2.5 OPTIMIZED LINK STATE ROUTING(OLSR)

2.6 So sánh các giao thức định tuyến

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC AODV, DSR VÀ OLSR TRONG MÔI TRƯỜNG NS-2

3.1 Giới thiệu môi trường mô phỏng NS-2

3.2 Môi phỏng mạng không dây trong môi trường NS-2

3.3 Phân tích kết quả mô phỏng

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MANET

Những năm gần đây c ng với sự ra đời các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây càng trở nên cấp thiết Nhiều mô hình mạng không dây c ng như công nghệ, phần cứng, các giao thức, chu n giao tiếp mạng lần lượt ra đời và đang được tiếp tục nghiên cứu

để nâng cao hiệu năng làm việc

1.1 MẠNG KHÔNG DÂY

1.1.1 Giới thiệu về mạng không dây

Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị di động nên không bị ràng buộc cố định về phân bố địa lý như trong mạng hữu tuyến Ngoài ra, trong quá trình hoạt động chúng ta c n có thể dễ dàng bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình lại toàn bộ topology của mạng Trong đó, mô hình mạng MANET là một trong những

mô hình mạng không dây được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực quân sự, hàng không, vận tải tàu biển, việc triển khai hệ thống mạng không đ i hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng mạng, không cần thiết phải có các thiết bị điều khiển trung tâm và không phụ thuộc vào vị trí địa lý [5

Khác với các hệ thống mạng có dây, việc định tuyến tìm đường đi tối ưu

để truyền dữ liệu trong các hệ thống mạng không dây khá phức tạp, đ i hỏi phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mô hình cụ thể Đây là một trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu Bên cạnh đó, khả năng gây nhiễu và mất gói tin trong quá trình truyền dữ liệu của mạng không dây là khá cao

Hiện nay, những hạn chế trên đang dần được khắc phục thông qua các nghiên cứu về mạng không dây được đề xuất và thử nghiệm trên các mô hình mạng thực tế nh m nâng cao hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng, hứa

h n những bước phát triển mới trong tương lai về lĩnh vực mạng máy tính

1.1.2 Phân loại mạng không dây

Tương tự như mạng có dây, mạng không dây có thể triển khai trong nhiều dạng khu vực địa lý khác nhau, với một số công nghệ hạ tầng để triển khai phù hợp Như vậy, việc phân loại mạng không dây chúng ta có thể dựa vào 2 tiêu chí cơ bản: Theo qui mô triển khai mạng và theo quan hệ di động của các thiết bị mạng [5 ,[9

a Theo qui mô triển khai mạng

Dựa trên qui mô triển khai mạng, mạng không dây có thể được phân thành 3 loại: WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (Wireless

Local Area Network), và WWAN (Wireless Wide Area Network)

- Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network): Mạng WPAN hay

c n gọi là Bluetooth là một công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau b ng sóng radio qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific and Medical) 2.4 GHz Năm 1994 h ng Ericsson đề xuất việc nghiên cứu và phát triển giao diện vô tuyến công suất nhỏ, chi phí thấp, sử dụng sóng vô tuyến để kết nối không dây giữa các thiết bị di động với nhau và các thiết bị điện tử khác, tổ chức SIG (Special Interest Group) đ chính thức giới thiệu phiên bản 1.0 của Bluetooth vào tháng 7 năm 1999 Mạng WPAN cho phép các thiết bị kết nối tạm thời khi cần thiết (ad hoc) với khoảng cách giữa các thiết bị tối đa là 10m Hỗ trợ tối đa 8 kết nối đồng thời với các thiết bị khác Băng thông tối đa 1 Mbps được chia sẻ cho tất cả kết nối trên cùng 1 thiết bị

- Mạng WLAN (Wireless Local Area Network): Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản ph m hoạt động trong băng tần 900Mhz, sử dụng sóng điện từ (thường là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc giữa các thiết bị trong phạm vi trung bình So với Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối phạm vi rộng hơn với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, do đó các thiết bị di động có thể tự do di chuyển giữa các vùng với nhau Phạm vi hoạt động từ 100m đến 500m với tốc độ truyền dữ liệu trong khoảng 11Mbps-54Mbps

Sự ra đời của các cầu nối WLAN đ đem lại nhiều lợi ích về khả năng di động và khai thác mạng linh hoạt Với mạng WLAN, người dùng có thể truy cập các thông tin dùng chung mà không cần tìm chỗ cắm thiết bị và các nhà quản lý mạng có thể thiết lập hoặc làm tăng thêm mạng lưới mà không cần lắp đặt hoặc di chuyển hệ thống dây WLAN c n cho năng suất lưu lượng tăng, thuận tiện, lợi thế về chi phí so với các hệ thống mạng hữu tuyến truyền thống

Mạng WLAN hoạt động khá linh hoạt với các ưu điểm như: dễ cấu hình

và cài đặt, tiết kiệm chi phí mở rộng mạng Tuy nhiên, tốc độ c n chậm hơn

so với LAN và dễ bị nhiễu

- Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network): Hệ thống WWAN

được triển khai bởi một công ty hay tổ chức trên phạm vi rộng, khai thác băng tần đ đăng ký trước với cơ quan chức năng và sử dụng các chu n mở như: AMPS, GSM, TDMA và CDMA Phạm vi hoạt động có thể lên đến hàng trăm km với tốc độ truyền từ 5Kbps đến 20Kbps Ưu điểm nỗi trội của WWAN như: dễ dàng mở rộng hệ thống mạng, tránh được giới hạn của việc

sử dụng cáp và các thiết bị phần cứng khác, các thiết bị di động có khả năng

di chuyển trong phạm vi rộng Bên cạnh đó, WWAN c ng có những nhược

điểm cơ bản như: dễ bị ảnh hưởng của tác động môi trường, không an toàn, chất lượng mạng chưa cao, chi phí cao trong việc thiết lập cơ sở hạ tầng

b Theo quan hệ di động của các bộ định tuyến và nút mạng:

Với hướng này có thể phân thành 3 loại: Mạng không dây cố định (Fixed wireless network), Mạng không dây với các điểm truy cậy cố định (Wireless network with fixed access points) và Mạng di động tùy biến

(Mobile ad hoc network)

- Mạng không dây cố định (Fixed wireless network): Các bộ định tuyến

và nút mạng (host) sử dụng các kênh không dây để kết nối với nhau Một ví

dụ điển hình của loại mạng này là những thiết bị truy cập mạng được cố định

và sử dụng thiết bị anten để kết nối

H M

- Mạng không dây với các điểm truy cập cố định (Wireless network with fixed access points): các nút mạng (host) sử dụng những kênh không dây để kết nối với các điểm truy cập cố định Các điểm truy cập cố định đóng vai tr như các thiết bị định tuyến cho các nút mạng Một ví dụ điển hình cho

k thuật này là việc sử dụng các laptop trong một t a nhà để truy cập đến các điểm truy cập cố định

H M

1.1.3 Những đặc điểm chính của mạng không dây

- Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN mà không bị giới hạn về kết nối vật lý, tạo ra sự thuận lợi trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị trong hệ thống mạng

- Mạng không dây c n tiết kiệm được chi phí thiết kế các đường dây trong t a nhà và chi phí bảo dưỡng (đối với mạng cục bộ không dây), tiết kiệm thời gian, có khả năng mở rộng và đặc biệt là tính linh động

- Vấn đề bảo mật trên mạng không dây là mối quan tâm hàng đầu hiện nay Trong mạng cố định truyền thống tín hiệu truyền thông được truyền chủ yếu thông qua dây d n nên việc bảo mật có thể được thực hiện một cách dễ dàng Tuy nhiên, trên các hệ thống mạng không dây thì việc d tìm để thâm nhập vào hệ thống mạng s dễ dàng hơn, vì mạng Wireless sử dụng sóng radio nên có thể bắt được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào n m trong phạm vi cho phép Ngoài ra mạng Wireless không có ranh giới rõ ràng cho nên rất khó quản lý

1.2 MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN MANET

1.2.1 Giới thiệu về mạng MANET

Mạng Ad hoc là tổ hợp của các node di động được kết nối với nhau

b ng các liên kết không dây, các node tự do di chuyển nên kiến trúc mạng có thể thay đổi liên tục mà không dự đoán được Mỗi node mạng có một giao diện vô tuyến giao tiếp với các node mạng khác thông qua sóng vô tuyến hoặc hồng ngoại Các mạng này không dùng bất cứ sự hỗ trợ cơ sở hạ tầng mạng cố định hay chịu sự quản lí tập trung nào Đây là một đặc điểm riêng biệt của mạng Ad hoc so với các mạng không dây truyền thống – mạng chia

ô, mạng WLAN, trong đó các node (các thuê bao di động ) liên lạc với nhau thông qua trạm vô tuyến cơ sở

H 3 M Ad hoc

Trong Ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảo mạng s không bị sập vì trường hợp nút mạng di chuyển ra ngoài khoảng truyền d n của các nút mạng khác Nút mạng có thể ra vào bất cứ lúc nào Do khoảng truyền d n của nút mạng là hạn chế nên chúng trao đổi thông tin b ng phương pháp truyền gói tin qua nhiều bước (Multihops) Để làm được điều này, thì tất cả các nút mạng phải có khả năng chuyển tiếp gói tin đến nút mạng khác, do vậy tất cả các nút mạng trong Ad hoc có thể hoạt động như máy trạm và router Nên nút mạng có thể bao gồm một router và một máy trạm liên kết với nhau Một router thực hiện các giao thức định tuyến, máy trạm di động có địa chỉ IP

Ad hoc c ng có khả năng thực hiện thay đổi về cấu hình mạng và khắc phục sự cố của nút mạng thông qua thủ tục cấu hình lại mạng Ví dụ: Nếu nút mạng rời khỏi mạng s gây ra sự cố liên kết, nút mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đường định tuyến mới và vấn đề s được giải quyết Điều này s gây

ra trễ trên mạng, tuy nhiên với người sử dụng Ad hoc v n hoạt động bình thường

Ad hoc có nhiều ưu điểm của mạng truyền thông vô tuyến thông thường, liên kết giữa các nút mạng được hình thành ngay khi chúng n m trong khoảng truyền d n của nhau[9]

1.2.2 Các đặc điểm của mạng MANET

Khi nghiên cứu, đánh giá hiệu năng của mạng MANET cần chú ý một

số đặc điểm nổi bật của mạng MANET như sau:

- Tự trị và không có cơ sở hạ tầng : Mạng MANET không phụ thuộc vào bất cứ cơ sở hạ tầng mạng hay vùng quản trị trung tâm được thiết lập sẵn nào Mỗi nút vận hành trong chế độ điểm nối điểm phân tán, hoạt động như là bộ định tuyến độc lập và tạo ra dữ liệu độc lập

- Định tuyến nhiều chặng: Không sử dụng các bộ định tuyến chuyên dụng cần thiết, mỗi nút hoạt động như là bộ định tuyến và chuyển tiếp các gói tin của mỗi nút khác để cho phéo chia sẻ thong tin giữa các nút di động

- Các nút mạng có nguồn năng lượng dung lượng thấp : Các nút mạng di động nói chung đều chạy pin nên vấn đề tiết kiệm năng lượng là rất quan trọng Điều này trở thành vấn đề lớn hơn trong các mạng MANET bởi vì mỗi nút vừa hoạt động như là hệ thống đầu cuối vừa là một bộ định tuyến cùng một lúc, do đó cần nhiều năng lượng hơn cho việc chuyển tiếp các gói tin của các nút khác trong mạng

- Cấu trúc mạng thay đổi động : Trong các mạng MANET, vì các nút có thể di chuyển tùy ý, nên tô-pô của mạng có thể thay đổi thường xuyên và không thể dự đoán trước Kết quả là việc xác định tuyến cần thực hiện thường xuyên hơn và khả năng mất mát gói tin cao hơn do việc xác định tuyến không kịp thời

- Giới hạn băng thông và chất lượng : Các nút di động truyền thông với nhau bị giới hạn về băng thông, dung lượng biến đổi và dễ xảy ra lỗi và tắc ngh n

- Đảm bảo an ninh mạng khó hơn : Các mạng không dây di động nói chung dễ bị ảnh hưởng bởi các mối đe dọa về an ninh thông tin c ng như an

ninh vật lý hơn so với các mạng có dây cố định Việc sử dụng các kênh không dây quảng bá mở và chia sẻ đồng nghĩa với việc các nút thiếu sự bảo

vệ và dễ gặp các đe dọa an ninh Ngoài ra, bởi vì mạng MANET là mạng không có cơ sở hạ tầng, nên về cơ bản nó phải dựa vào các giải pháp an toàn riêng r của mỗi nút di động bởi việc điều khiển an ninh trung tâm là khó thực thi Các yêu cầu an ninh chính trong mạng MANET bao gồm :

+ Tin cậy : Ngăn cản việc nghe trộm

+ Điều khiển truy cập : Bảo vệ truy cập

+ Toàn v n dữ liệu : Ngăn cản việc can thiệp lưu lượng ( truy cập sửa đổi, loại bỏ lưu lượng)

+ Tấn công từ chối dịch vụ từ các nút độc hại

- Khó đảm bảo chất lượng dịch vụ : Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS)

là quan trọng cho việc phân phối thành công lưu lượng mạng đa phương tiện Các yêu cầu về QoS thông thương ám chỉ tới một tập các độ đo bao gồm thông lượng, tỉ lệ mất mát gói tin, độ trễ, thăng giáng độ trễ, tỉ suất lỗi… Với cấu hình mạng luôn thay đổi động, băng thông lien kết và chất lượng bị giới hạn, sự biến thiên về thông lượng của lien kết, thật là khó để đạt được yêu cầu về đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng MANET

1.2.3 Một số ứng dụng mạng MANET

a ịch v kh n c p

Bất kỳ đâu khi có trường hợp kh n c p xảy ra đều cần có sự kết hợp của các nhân viên cứu hộ Giải pháp thông thường là dùng thiết bị vô tuyến Tuy nhiên, khi cơ sở hạ tầng bị hỏng hoặc không c n hoạt động thì giải pháp là gì? Ad hoc chính là câu trả lời nhanh nhất và phù hợp nhất Điều này có thể không có ý nghĩa với khu vực tổn thất nhỏ, tuy nhiên với thảm họa thiên

nhiên có khu vực ảnh hưởng tàn phá rộng lớn, việc liên lạc rất quan trọng nên

Ad hoc trở thành giải pháp hữu ích

H 4

b ội nghị

Trong hội nghị, hội thảo cần trao đổi thông tin giữa các đại biểu hoặc

với hội nghị khác Đây là một nhu cầu lớn trong thời đại phát triển nhanh về

thông tin như hiện nay, khi mà giải pháp homenetwork chưa thật sự sẵn sàng

Giải pháp hiện tại là sử dụng các mạng có sẵn cho các đại biểu tham dự tuy

nhiên nó có độ trễ lớn, ví dụ giải pháp Mobile IP Và Ad hoc là giải pháp

chiếm ưu thế

H

c Home Networking

Rõ ràng sự hiện diện của máy tính xách tay và ứng dụng không dây làm

nhu cầu về home network tăng cao.Việc sử dụng k thuật của Ad hoc cho

phép chúng tự cấu hình và hình thành mạng, điều này tiện lợi cho cả người không thật sự am hiểu về mạng c ng như giảm được chi phí cho xây dựng thiết kế mạng Hơn nữa, nếu ta có nhu cầu sử dụng máy tính ở công sở, trường học thì khối lượng thông tin quản lý mạng giảm xuống rõ rệt

H 5

d ạng cá nh n

Ở thời đại thông tin thì 1 người cần mang theo nhiều công cụ hỗ trợ cho công việc (điện thoại,Palm ) khi chúng được liên kết với nhau hình thành mạng cá nhân PAN thì rõ ràng mang lại nhiều tiện ích hơn cho người sử dụng PAN là mạng di động do con người không thể ngồi yên một chỗ, tuy nhiên khi kết nối với mạng PAN khác cần trợ giúp của Ad hoc

H 6

e ệ th ng nhúng embeded system

Ngày càng có nhiều máy móc cần kết nối với những vật xung quanh kéo theo nhu cầu của Ad hoc Nó có thể là đồ chơi có khả năng kết nối mạng, tương tác được với home network để tìm kiếm dữ liệu trên internet hoặc có thể kết nối với điện thoại, có thể điều chỉnh volume của TV khi có cuộc gọi đến, đáp ứng nhiều nhu cầu của người sử dụng

xe cộ, tình trạng k t xe, tai nạn giao thông, nguy hiểm cần tránh và cả những dịch vụ thông thường như dịch vụ đa phương tiện, Internet,

H 7

g ạng c m biến (sensor network)

Mạng cảm biến không dây là một ứng dụng điển hình của Ad hoc Hiện nay đ có những quan tâm đáng kể cho sự phát triển kiểu mạng này,chủ yếu

là trong quân sự, công an, tình báo, khảo cổ học, nghiên cứu địa lý, Các bộ cảm biến có thể có kích thước nhỏ nhưng khả năng truyền thông và lưu trữ

tương đối tốt Trong quân sự đ dùng những máy móc hiện đại nhưng kích cỡ gần như hạt bụi nên đối phương rất khó phát hiện và phá hủy chúng

Trong lĩnh vực y tế, các bộ cảm biến cho phép giám sát liên tục thông tin tiêu chu n về sự sống Trong công nghệ thực ph m, k thuật nhịp cảm biến được áp dụng để giám sát chất lượng có thể giúp ngăn ngừa các sản

ph m không đạt yêu cầu nên tăng mức thỏa m n cho khách hàng Trong nông nghiệp, các bộ cảm biến có thể giúp xác định chất lượng đất trồng và độ m, chúng c ng có thể phát hiện các hợp chất khác Ngoài ra, các bộ cảm biến

c ng được sử dụng rộng r i trong thông tin thời tiết và môi trường

1.3 TIỂU KẾT CHƯƠNG 1

Mạng không dây ngày nay đ phát triển rất mạnh m ; hàng loạt các thiết

bị di động khai thác mạng không dây ra đời, mạng không dây có tính linh động rất cao và được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống Vì vậy, mạng không dây có thể được xem như một công nghệ tiên tiến, một bước phát triển vượt bậc của hệ thống mạng máy tính Nội dung của chương

1 đ tìm hiểu cơ bản về mạng không dây và mạng MANET, các ứng dụng, đồng thời phân tích các đặc điểm về mặt k thuật, những khuyết điểm c n tồn tại của mô hình mạng không dây nói chung và mạng MANET nói riêng

CHƯƠNG 2 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV DSR VÀ OLSR

TRONG MANET

Đặc tính động của Ad hoc gây ra sự thay đổi thường xuyên và khó đoán trước của topo mạng, làm tăng độ khó và độ phức tạp để định tuyến giữa các nút di động Nhiều giao thức định tuyến được đưa ra, tuy nhiên, chúng v n gặp phải một số hạn chế nhất định Chương này trình bày 3 loại giao thức trong mạng Ad hoc: OLSR, AODV, DSR[7],[8]

2.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN

Hiện nay, các giao thức định tuyến đưa ra với Ad hoc đều dựa trên một giao thức định tuyến cổ điển làm thuật toán cơ bản; do đó, việc tìm hiểu nghiên cứu các hoạt động cơ bản của các giao thức này là hết sức cần thiết Giao thức cổ điển như: định tuyến theo vector khoảng cách, định tuyến theo trạng thái liên kết đ được sử dụng từ rất lâu và đ trở nên rất quen thuộc Tuy nhiên, các giao thức này chỉ thích hợp cho cấu trúc mạng tĩnh, hoạt động hiệu quả ở mạng Ad hoc có tốc độ di chuyển thấp, cấu trúc mạng ít thay đổi Ngoài ra, giao thức này hoạt động phụ thuộc vào bản tin điều khiển định tuyến, nên với số lượng nút mạng tăng, yêu cầu trao đổi giữa các nút mạng tăng lên, thông tin cập nhật định tuyến lớn, chúng s tiêu tốn băng thông, năng lượng và CPU Bởi vì hai loại giao thức định tuyến trên duy trì định tuyến đến tất cả các nút mạng, nó không quan tâm nút mạng có tham giao truyền thông tin trong mạng tại mọi thời điểm hay không Hơn nữa, giao thức định tuyến cổ điển r ng buộc liên kết phải là hai chiều, nên cần có những cải thiện nhất định cho thông tin vô tuyến nói chung và mạng Ad hoc nói riêng

2.1.1 Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết

Phương pháp định tuyến dựa trên trạng thái liên kết dựa trên giá của mỗi liên kết (cost) và nút mạng phải duy trì cấu trúc mạng hoàn chỉnh với tham số này Tham số “giá” s được cập nhật b ng cách mỗi nút mạng s gửi thông tin quảng bá một cách liên tục “giá” của các liên kết xuất phát từ nó tới tất cả các nút mạng khác sử dụng thuật toán flooding Mỗi nút mạng khi nhận được các thông tin này s cập nhật cấu trúc mạng và sử dụng thuật toán tìn đường

đi ngắn nhất để chọn nút mạng tiếp theo cho đường định tuyến đến nút mạng khác Liên kết có thể có giá không chính xác do nhiều nguyên nhân như trễ đường truyền, sự phân tách của mạng, Các cấu hình mạng thay đổi có thể hình thành định tuyến khép kín (loop), tuy nhiên, đường định tuyến kiểu này

có thời gian tồn tại ngắn vì chúng s bị xóa ngay khi bản tin đ đi qua toàn bộ mạng

2.1.2 Định tuyến dựa trên vector khoảng cách

Phương pháp này định tuyến dựa trên vector khoảng cách, có cải tiến hơn so với phương pháp định tuyến dựa trên trạng thái liên kết: mỗi nút mạng chỉ giám sát giá của liên kết xuất phát từ nó, và không quảng bá thông tin đến tất cả nút mạng; nó gửi quảng bá đều đặn đến nút liền cạnh thông tin về khoảng cách ngắn nhất tới nút khác trong mạng Nút mạng khác khi nhận được thông tin này s tính toán lại bảng định tuyến thông qua thuật toán tìm đường đi ngắn nhất

Giao thức này hoạt động hiệu quả hơn, đơn giản hơn và yêu cầu ít bộ nhớ lưu trữ hơn Song, nó có thể sinh ra đường định tuyến khép kín có thời gian tồn tại thay đổi dài ngắn khác nhau, vì bảng định tuyến có thể xây dựng

từ thông tin đ tồn tại lâu quá trên mạng (không được cập nhật)

2.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG AD HOC

2.2.1 Các yêu cầu chung

Do các nút trong mạng Ad Hoc luôn di động và có nhiều đặc tính khác biệt nên không thể áp dụng các giao thức định tuyến thông thường Các mạng

Ad Hoc thường được đặc trưng bởi một topo động do các nút di chuyển làm thay đổi vị trí vật lý của chúng Đối với mạng Ad Hoc, giao thức định tuyến động tỏ ra hiệu quả và phù hợp hơn các phương pháp định tuyến dựa trên vectơ khoảng cách và trạng thái liên kết Thách thức trong việc thiết kế các giao thức định tuyến là khả năng cập nhật được mức di động của nút mạng Chích mức di động này là nguyên nhân làm thay đổi toàn bộ cấu trúc topo của mạng Một nút di động thường bị giới hạn bởi khả năng xử lý của CPU, dung lượng lưu trữ, công suất nguồn và dải thông

Môi trường truy cập, môi trường vô tuyến c ng có những thuộc tính đặc biệt cần phải chú ý khi thiết kế các giao thức cho mạng Ad Hoc Ví dụ các đường truyền vô hướng Những đường truyền này xuất hiện khi hai nút có cường độ khác nhau và cho phép chỉ một nút nghe được nút kia Nhưng chúng c ng có thể xuất hiện do nhiễu từ môi trường xung quanh Đa chặng trong môi trường vô tuyến có thể gây ra tăng ích công suất truyền và tăng ích công suất do mối quan hệ căn bậc hai giữa vùng phủ sóng và công suất phát

ra B ng cách sử dụng đa chặng, các nút có thể truyền các gói tin đi sử dụng công suất ra thấp

Hình 2.1 Mô tả các trục cơ bản có thể sử dụng để đặc tả môi trường mạng Ad Hoc Trục đầu tiên là số các nút trong mạng Trục thứ hai là tốc độ

mà tại đó topo mạng thay đổi Trục thứ ba là tải lưu lượng trong mạng Khi môi trường di chuyển từ gốc của 3 trục, vấn đề định tuyến trở nên khó khăn hơn Tăng số nút, tăng tốc độ thay đổi topo (nghĩa là tăng tính di động của

nút), hoặc tăng tải lưu lượng mong muốn trên mạng là thách thức đói với các giao thức trong mạng Ad Hoc

 Không lặp v ng: Để nâng cao chất lượng hoạt động, giao thức định tuyến cần đảm bảo đường định được cung cấp không bị lặp v ng, điều này s làm giảm l ng phí băng thông và công suất tiêu hao của CPU

 Sử dụng các siêu nút: Tất cả các giao thức hiện có đều giả định r ng các nút di động là có cùng các đặc tính dựa trên bản chất của mạng tự tổ chức

là tập hợp của các nút ngang hàng Mặc dù điều này có thể đúng trong một số trường hợp, tuy nhiên, có trường hợp mà ở đó mạng có các nút có băng thông cao, nguồn nuôi ổn định, liên kết không dây tốc độ cao hơn so với các nút khác Các nút như vậy được gọi là các siêu nút Các mạng tự tổ chức trong trường hợp này thường có cấu trúc 2 mức: vùng backbone và vùng phụ Vùng backbone bao gồm các siêu nút Thêm vào đó các siêu nút thường được giả

định là có độ di chuyển thấp hơn các nút thường để duy trì sự ổn định của backbone Các nút thường không cần có quyết định định tuyến

 Hoạt động dựa trên yêu cầu: Tối thiểu hóa phần thông tin điều khiển trong mạng, giao thức định tuyến thuộc nhóm định tuyến theo yêu cầu có thể đáp ứng được điều này Nó chỉ tìm đường khi cần thiết và không quảng bá thông tin điều khiển liên tục

 Tính tiên phong (proactive): Trong một số trường hợp, trễ lớn do hoạt động dựa trên yêu cầu là không chấp nhận được Do đó phải sử dụng đặc tính tiên phong nếu tài nguyên của mạng (về mặt giải thông) n m trong khoảng cho phép

 Hỗ trợ các liên kết một chiều: Môi trường vô tuyến có thể là nguyên nhân hình thành các liên kết theo một hướng Sử dụng kiểu liên kết này và kiểu liên kết hai chiều s nâng cao hiệu năng của giao thức định tuyến

 Bảo mật: Môi trường vô tuyến rất dễ bị tấn công, khai thác thông tin,

do đó m hóa và chứng thực là cách bảo mật thông thường nhất được áp dụng hiện nay.Vấn đề là việc phân bổ các khóa và các nút trong mạng Ad hoc

 Bảo toàn năng lượng: Nút mạng trong mạng Ad hoc có thể là máy tính xách tay hay loại client nhỏ gọn khác như PDA thường có giới hạn về thời gian sử dụng của pin, nên cần có chế độ chờ (standby mode) để tiết kiệm năng lượng Do đó, giao thức định tuyến sử dụng cần hỗ trợ chế độ chờ của nút mạng

 Nhiều đường định tuyến: Nh m giảm số lần tác động do sự thay đổi về cấu trúc mạng và khi nhiều đường định tuyến bị ngh n Nếu như một đường định tuyến không sử dụng được nữa thì một đường định tuyến khác có thể thay thế Như vậy, giao thức không cần khởi tạo lại thủ tục tìm đường

 Hỗ trợ QoS: Có nhiều loại QoS cần được sự hỗ trợ của các giao thức định tuyến, nó phụ thuộc vào mục đích của mạng; chẳng hạn, hỗ trợ lưu lượng thời gian thực,

2.2.2 Phân loại

Để so sách và phân tích các giao thức định tuyến cho mạng Ad hoc, các phương thức phân loại hợp lý là rất quan trọng Các phương thức phân loại giúp cho các nhà nghiên cứu và các nhà thiết kế hiểu được những đặc trưng khác nhau và mối quan hệ giữa các giao thức Các đặc trưng này chủ yếu liên quan đến việc tập hợp thông tin định tuyến, đến vai tr mà một nút có thể đảm nhận trong quá trình định tuyến[7]

a Định tuyến theo b ng, định tuyến theo yêu cầu và định tuyến ai

Một trong những phương thức phổ biến nhất để phân loại các giao thức định tuyến cho mang Ad hoc là dựa trên việc thông tin định tuyến được tập hợp và được duy trì như thế nào bới các nút di động Sử dụng phương thức này, các giao thức định tuyến cho mạnh Ad hoc được phân chia như bảng 2.2

Hình 2.2.P l ứ ế A

 Các giao thức định tuyến proactive: c n được gọi là các giao thức định tuyến theo bảng (table-driven) Sử dụng các giao thức này, các nút di động cố gắng đánh giá liên tục các tuyến trong mạng để khi một gói cần phải chuyển tiếp thì tuyến đó đ sẵn sàng để sử dụng Mỗi nút duy trì một hay nhiều bảng

chứa thông tin định tuyến tới các nút trong mạng Tất cả các nút trong mạng

s cập nhật các bảng này để duy trì một cách phù hợp thông tin và tình trạng của mạng, do đó tiêu đề định tuyến trong các giao thức này là khá lớn Khi topo mạng thay đổi, các nút truyền các bản tin thông báo cho nhau để cập nhật thông tin về tuyến của toàn bộ mạng Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) và giao thức định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) là hai ví dụ của giao thức định tuyến proactive

 Các giao thức định tuyến reactive: c n được gọi là các giao thức định tuyến theo yêu cầu (on-demand) Sử dụng các giao thức này, thủ tục xác định tuyến chỉ được gọi theo yêu cầu Việc này được thực hiện thông qua hoạt động khám phá tuyến đường (route discovery) Quá trình khám phá tuyến kết thúc sau khi hoặc có một tuyến được tìm ra hoặc không có tuyến nào sẵn có sau khi đ kiểm tra toàn bộ các tuyến đường Trong mạng Ad hoc, các tuyến đang hoạt động có thể bị đứt do tính di động của nút Do đó, duy trì tuyến là một hoạt động quan trọng của định tuyến theo yêu cầu So sánh với định tuyến theo bảng, ít tiêu đề định tuyến là 1 ưu điểm của định tuyến theo yêu cầu Tuy nhiên, sử dụng định tuyến theo yêu cầu thì việc gửi gói tin s có trễ lớn do nút nguồn phải tìm đường trước khi gửi dữ liệu Hai giao thức reactive điển hình là giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector Routing) và giao thức định tuyến định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing)

 Các giao thức định tuyến lai (hybrid) được đề xuất để kết hợp ưu điểm của 2 loại giao thức trên và khắc phục các nhược điểm của chúng Thông thường, các giao thức lai được triển khai trong mạng có cấu trúc phân cấp Khi đó, các đặc tính định tuyến theo bảng và định tuyến theo yêu cầu s được

khai thác độc lập ở các mức phân cấp khác nhau Zone Routing Protocol (ZRP) và Hybrid Ad Hoc Routing Protocol là những ví dụ của giao thức lai

b C u trúc và ph n bổ tiến trình định tuyến

Một phương thức phân loại khác là dựa trên vai tr có thế có của nút trong cơ chế định tuyến Trong giao thức định tuyến đồng bộ, tất cả các nút

di động có cùng vai tr và chức năng WRP, DSR, AODV và DSDV là những

ví dụ về định tuyến đồng bộ Các giao thức này thường giả định r ng cấu trúc mạng là phẳng Trong một giao thức định tuyến bất đồng bộ, một số nút đảm nhận vai tr quản lý và chức năng khác nhau Thuật toán phân tán được sử dụng để lựa chọn các nút đặc biệt này Trong một số trường hợp, các phương pháp định tuyến bất đồng bộ gắn liền với cấu trúc mạng phân cấp để dể dàng

tổ chức và quản lý các nút Các giao thức định tuyến bất đồng bộ có thể được phân chia dựa trên việc tổ chức các nút di động, chức năng định tuyến và quản lý được thực hiện như thế nào Theo đó, các giao thức định tuyến bất đồng bộ trong mạng Ad hoc được chia thành định tuyến phân cấp theo vùng, định tuyến phân cấp theo nhóm và định tuyến theo nút lõi

Trong các giao thức định tuyến theo vùng, các thuật toán xây dựng vùng khác nhau được triển khai cho việc tổ chức nút; ví dụ, một số thuật toán xây dựng vùng sử dụng thông tin vị trí địa lý Khai thác hiệu quả việc phân chia vùng s giảm được đáng kể tiêu đề để duy trì thông tin định tuyến Các nút di động trong cùng một vùng biết đường đến các nút khác s có chi phí nhỏ hơn

so với việc duy trì thông tin định tuyến tới tất cả các nút trong toàn mạng Một số nút hoạt động như là gateway và đảm nhận truyền thông liên vùng ZRP và ZHLS là hai giao thức định tuyến theo vùng cho mạng Ad hoc

Các giao thức định tuyến theo nhóm sử dụng thuật toán xây dựng nhóm cho việc bầu chọn trưởng nhóm (cluster-head) Các nút di động được nhóm

thành các nhóm, trưởng nhóm đóng vai tr quản lý thành viên và đảm nhận chức năng định tuyến Clusterhead Gateway Switch Routing (CGSR) là một

ví dụ của định tuyến theo nhóm

Trong các giao thức định tuyến theo nút lõi, các nút đặc biệt được tự động lựa chọn để gộp thành 1 backbone trong mạng Các nút “backbone” đảm nhận các vai tr đặc biệt, như là xây dựng và theo dõi đường định tuyến, quảng bá gói tin dữ liệu Core-Extraction Distributed Ad Hoc Routing (CEDAR) là một ví dụ điển hình của loại định tuyến này

c Khai thác các metric mạng cho định tuyến

Các metric sử dụng cho việc xây dựng tuyến đường có thể được sử dụng

để phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc Gần như mọi giao thức định tuyến cho mạng Ad hoc sử dụng “số chặng” làm metric Nếu có nhiều tuyến đường có sẵn, tuyến nào có số chặng nhỏ nhất s được lựa chọn Nếu tất cả các liên kết không dây có cùng xác suất lỗi thì đường định tuyến ngắn s ổn định hơn đường định tuyến dài và có thể giảm tiêu đề lưu lượng, giảm xung đột gói tin Tuy nhiên, giả định có cùng xác suất lỗi có thể không tồn tại trong mạng Ad hoc Theo đó, sự ổn định liên kết phải được cân nhắc trong pha xây dựng tuyến đường Vi dụ, Associatively Based Routing (ARB)

và Signal-Based Routing (SSR) được đề xuất để sử dụng sự ổn định liên kết

và độ mạnh tín hiệu như là một metric cho định tuyến

Với sự phổ biến của điện toán di động, một số ứng dụng di động có thể

có các yêu cầu QoS khác nhau Để đáp ứng các yêu cầu này, các metric QoS tương ứng lên được sử dụng cho việc định tuyến và chuyển tiếp gói tin trong mạng Ad hoc Giống như mạng có dây, các giao thức định tuyến QoS cho mạng Ad hoc có thể sử dụng các metric, như là băng thông, trễ, trễ jitter, tỉ lệ

lỗi gói tin và chi phí Ví dụ, băng thông và độ ổn định liên kết được sử dụng trong CEDAR làm metric cho việc xây dựng tuyến đường

d Ước ượng topo, đích, vị trí cho định tuyến

Trong một giao thức định tuyến theo topo cho mạng Ad hoc, các nút tập hợp thông tin topo mạng cho việc định tuyến Ngoài các giao thức định tuyến theo topo, một số giao thức định tuyến theo đích được đề xuất cho mạng Ad hoc Trong các giao thức này, một nút chỉ cần biết next-hop trên đường định tuyến khi chuyển tiếp gói tin tới đích Ví dụ, DSR là giao thức định tuyến theo topo và AODV, DSDV là giao thức định tuyến theo đích Việc sẵn có của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hoặc các hệ thống định vị tương đương cho phép các nút di động truy nhập thông tin vị trí địa lý một cách dễ dàng Trong các giao thức định tuyến theo vị trí, mối quan hệ về vị trí giữa các nút chuyển tiếp gói tin và nút đích, cùng với sự di chuyển của nút, có thể được sử dụng trong cả quá trình khám phá tuyến và chuyển tiếp gói tin Location Aided Routing (LAR) và Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM) là các giao thức định tuyến theo vị trí cho mạng Ad hoc

2.3 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV

Yêu cầu cơ bản của thuật toán có thể được gọi là các hệ thống tiếp nhận đường đi theo yêu cầu thuần túy; các nút không n m trên tuyến hoạt động thì không duy trì bất kì thông tin định tuyến c ng như không tham gia vào bất kì bảng định tuyến nào Hơn nữa, một nút không có gì để khám phá và duy trì tuyến tới nút khác cho đến khi hai nút phải kết nối, trừ khi các nút trước cung cấp các dịch vụ của mình như là trạm trung chuyển để duy trì kết nối giữa hai nút khác Khi khu vực kết nối của nút di động được quan tâm, mỗi nút di động có thể nhận biết được các nút hàng xóm nhờ việc sử dụng một số kĩ thuật, bao gồm quảng bá nội vùng ( không phải toàn hệ thống) được biết đến

như các bản tin Hello Bảng định tuyến của các nút lân cận được tổ chức tối

ưu hóa thời gian để đáp ứng nội vùng và cung cấp cho các yêu cầu thành lập tuyến mới Mục tiêu chính của thuật toán là:

1 Chỉ phát gói quảng bá khi cần thiết

2 Để phân biệt giữa quản lý kết nối nội vùng và duy trì topo mạng nói chung

3 Để phổ biến thông tin về các thay đổi trong kết nối nội cùng với các nút di động hàng xóm có khả năng cần thông tin

AODV sử dụng một cơ chế khám phá tuyến, c ng như được sử dụng ( với sửa đổi, bổ sung) trong thuật toán định tuyến nguồn động DSR Thay vì dùng tuyến nguồn, AODV lại dựa vào bảng định tuyến thiết lập động tại các nút trung gian Sự khác biệt này phải trả giá trong mạng mà có nhiều nút, nơi

mà chi phí lớn hơn là các tuyến nguồn được mang trong mỗi gói dữ liệu.Mỗi nút ad hoc duy trì một bộ đếm số của chỉ số thứ tự tăng đơn điệu cái mà được dùng để thay thế cho bộ nhớ tuyến Sự kết hợp của các kĩ thuật này tạo ra một thuật toán sử dụng băng thông một cách hiệu quả (b ng cách giảm tối thiểu tải trọng mạng để điều khiển và phân phát dữ liệu) là đáp ứng sự thay đổi trong topo và đảm bảo v ng lặp tuyến tự do[11]

Các vấn đề cơ bản của thuật toán định tuyến AODV là:

1 Các bản tin ROUTER REQUEST và ROUTER REPLY (Khám phá đường)

2 Các bản tin ROUTER ERORR, HELLO và danh sách lưu giữ tuyến trước ( Duy trì đường)

3 Các chỉ số thứ tự

4 Hopcount

5 Mở rộng v ng định tuyến