Đồ án thực tập: Đánh giá thông lượng của DSR trong mạng ADHOC

MẪU ĐỒ ÁN (HOẶC LUẬN VĂN ) TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG CỦA DSR TRONG MẠNG AD.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG CỦA DSR TRONG MẠNG

AD HOC

Giảng viên hướng dẫn: VƯƠNG XUÂN CHÍ

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TUẤN LONG

MSSV: 1711548000

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính

Đơn vị thực tập: Công ty TNHH MTV ĐTTM HỒNG QUANG Khóa: 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG CỦA DSR TRONG MẠNG

AD HOC

Giảng viên hướng dẫn: TRẦN VƯƠNG XUÂN CHÍ

Sinh viên thực hiện: TRẦN NGUYỄN TUẤN LONG

MSSV: 1711548000

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính

Đơn vị thực tập: Công ty TNHH MTV ĐTTM HỒNG QUANG Khóa: 2017

Tp.HCM, 10 tháng 05 năm 2022

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giảng viên trường Đại Học Nguyễn Tất Thành và công ty TNHH MTV ĐTTM HỒNG QUANG đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian học tại trường Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Thầy Vương Xuân Chí

- Khoa Công nghệ thông tin -Đại Học Nguyễn Tất Thành đã hướng dẫn tôi hoàn thành tốt

đồ án báo cáo này Tôi cũng cảm ơn gia đình, bạn bè đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hoàn thành

đề tài.

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, mạng không dây trong đời sống con người đang ngày càng đóng vị trí quan trọng Trong số các mạng không dây, mạng ad-hoc được quan tâm một cáchđặc biệt Không giống như mạng có dây truyền thống hay mạng không dây có sơ sở hạtầng, với tính linh động cao, dễ dàng thiết lập nên mạng adhoc đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của xã hội Trong đó, vấn đề định tuyến trong mạng ad-hoc là một trong những vấn đề quan trọng, đang được nghiên cứu rất nhiều vì nó ảnh hưởngrất lớn đến hiệu suất của mạng Đây là những nội dung chính trong đề tài này

Đề tài gồm các chương:

Chương 1: Tổng quan các mạng không dây và mạng Ad-hoc

Chương 2: Các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc

Chương 3: Một số ứng dụng của mạng di động Ad-hoc

Do thời gian có hạn, bài đồ án môn học 2 của em có thể còn một số thiếu sót,rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý và thông cảm của cô Em hi vọng sau này có thểtiếp tục nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này và phát triển thành luận văn tốt nghiệp.Bài tìm hiểu

có sử dụng một số kiến thức ở nhiều nguồn khác nhau

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TPHCM, Ngày …… tháng …… năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên, đóng dấu)

NHẬN XÉT CỦA CƠ QUAN THỰC TẬP

TPHCM, Ngày …… tháng …… năm 2017

Xác nhận của đơn vị thực tập

(Ký tên, đóng dấu)

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI MỞ ĐẦU ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii

NHẬN XÉT CỦA CƠ QUAN THỰC TẬP iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC BẢNG HÌNH viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

Chương I: TỔNG QUANG VỀ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MẠNG AD-HOC 1

1 Giới thiệu chung 1

2 Tổng quan 1

3 Các loại mạng không dây phổ biến 3

3.1 Bluetooth 3

3.2 IrDA 3

3.3 HomeRF 4

3.4 802.11 (wifi) 4

4 So sánh các loại công nghệ mạng không dây 5

5 Giới thiệu về mạng Ad-hoc 5

Chương 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD-HOC 8

1 Yêu cầu của thuật toán định tuyến cho mạng ad-hoc 8

2 Các giao thức định tuyến cơ bản 11

3 Giao thức DSR trong mạng Ad-hoc (Dynamic Source Routing) 13

3.1 Route Discovery 14

3.2 Route maintenance 15

4 Ưu điểm và nhược điểm của DSR 16

5 Mô phỏng DSR 17

5.1 Các thông số của giao thức 17

5.2 Quá trình mô phỏng 17

6 Đánh giá chung về hiệu năng mạng của DSR 22

Chương 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MẠNG AD-HOC 23

1 Ứng dụng trong tìm kiếm và cứu nạn 23

2 Ứng dụng trong quốc phòng 23

3 Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe – y tế 23

4 Ứng dụng trong giáo dục 24

5 Ứng dụng trong công nghiệp 24

6 Ứng dụng trong đời sống 24

KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

PHỤ LỤC 29

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC BẢNG HÌNH

Hình 1 Bluetooth 2

Hình 2 Bảng so sánh các loại mạng không dây 5

Hình 3 Mô tả mạng ad-hoc 6

Hình 4 Ví dụ về mạng ad-hoc 10

Hình 5 Ví dụ cụm mạng nhỏ 11

Hình 6 N1 gửi gói tin A tới N9 14

Hình 7 N9 gửi A về lại N1 15

Hình 8 Duy trì đường route 16

Hình 9 Quá trình mô phỏng bằng NS2 18

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chương I: TỔNG QUANG VỀ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MẠNG

AD-HOC

1 Giới thiệu chung

Kiến thức xây dựng và thực hiện đề tài được lấy từ sự giúp đỡ của công ty thực tập

là công ty TNHH MTV ĐTTM HỒNG QUANG, địa chỉ Lô O số 10, đường số 15, KDC Miếu Nổi, P 3, Quận Bình Thạnh, TP HCM

Hiện tại Công ty Hồng Quang (hqg.vn) là một công ty kinh doanh hơn 500.000 mặt hàng CNTT như: máy tính, linh kiện, thiết bị điện tử và điện thoại di dộng… với thương hiệu uy tín, sản phẩm tốt, giá hợp lý đã giúp hqg.vn trở thành một trong những nhà bán lẻ lớn tại Việt Nam, được hàng nghìn người đến tham quan và mua sắm mỗi ngày

Sơ đồ công ty:

 Ưu điểm:

- Giá thành giảm nhiều đối với mọi thành phần người sử dụng

- Công nghệ không dây đã được tích hợp rộng rãi trong bộ vi xử lý dành cho máy tính xách tay của INTEL và AMD, do đó tất cả người dùng máy tính xách tay đều có sẵn tính năng kết nối mạng không dây

- Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN như là Ethernet và Token Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lý (giới hạn về cable)

- Tính linh động: tạo ra sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà không có sự ràng buộc về khoảng cách và không giannhư mạng có dây thông thường Người dùng mạng Wireless có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất cứ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung (Access Point)

- Mạng WLAN sử dụng song hồng ngoại (InfraredLight) và song Radio (Radio Frequency) để truyền nhận dữ liệu thay vì dùng TwistPair và Fiber

Optic Cable Thông thường thì sóng Radio được dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, băng thông cao hơn.

 Nhược điểm:

- Tốc độ mạng Wireless bị phụ thuộc vào băng thông Tốc độ của mạng Wireless thấp hơn mạng cố định, vì mạng Wireless chuẩn phải xác nhận cẩn thận những frame đã nhận để tránh tình trạng mất dữ liệu

- Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyền trong dây dẫn nên có thể được bảo mật an toàn hơn Còn trên mạng Wireless thì việc “đánh hơi” rất dễ dàng bởi vì mạng Wireless sử dụng song Radio thì có thể bị bắt và

xử lí được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép, ngoài

ra mạng Wireless thì có ranh giới không rõ ràng cho nên rất khó quản lý

Có nhiều công nghệ và tiêu chuẩn được ra đời, đáng chú ý là trong số đó là kết nốikhông dây Bluetooth, Infrared Data Association (IrDA), Home RF, chuẩn IEEE802.11….Các công nghệ và tiêu chuẩn này được đưa ra để các công ty chuyên vềmạng không dây

cạnh tranh và làm chuẩn.

3 Các loại mạng không dây phổ biến

3.1 Bluetooth

Hình 1 Bluetooth

Bluetooth là một công nghệ kết nối không dây tốc độ cao, công suất thấp,

sử dụng sóng viba, được thiết kế để kết nối điện thoại, laptop, các thiết bị số hỗ trợ cá nhân (PDAs) và những thiết bị cầm tay khác ít được sử dụng

Bluetooth không cần truyền thẳng từ các thiết bị được kết nối Công nghệ này sử dụng những biến đổi của kĩ thuật mạng LAN hiện tại nhưng đáng chú ý nhất là kích thước nhỏ và chi phí thấp.

Đặc điểm của công nghệ Bluetooth:

- Hoạt động ở băng tần ISM 2.56 GHz, luôn có sẵn (không cần giấy phép)

- Sử dụng trải phổ tần bước nhảy (FHSS)

- Có thể hỗ trợ lên tới 8 thiết bị trong một mạng nhỏ, gọi là “Piconet”

- Đa hướng, có thể truyền non line-of-sight

kế có khả năng tương tác cao và một số sự quản lý mạng

Đặc điểm của công nghệ IrDA:

Các đặc điểm của HomeRF:

- Công suất truyền: 100 mW

- Kết nối thoại: hỗ trợ 6 cuộc hội thoại full-duplex

- Bảo mật dữ liệu: sử dụng thuật toán mã hóa blowfish

3.4 802.11 (wifi)

WiFi là một công nghệ không dây nói chung được sử dụng bởi người dùng tạigia, những công ty nhỏ và những ISP khởi đầu Những thiết bị phát WiFi luôn sẵn cótrong những cửa hàng

Một số đặc điểm của Wifi:

- Tính tương thích: bất kì thiết bị WiFi nào cũng có thế tương thích với nhau

- Giá thành không cao

- Có thế hack được

- Được thiết kế cho mạng cục bộ (LAN), không hỗ trợ mạng WAN

- Sử dụng công nghệ CSMA

4 So sánh các loại công nghệ mạng không dây

Hình 2 Bảng so sánh các loại mạng không dây

5 Giới thiệu về mạng Ad-hoc

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, đời sống con người ngày càng được nâng cao Việc sở hữu một thiết bị di động như máy tính xách tay, PDA hay các smartphone không còn là quá khó khăn với nhiều người Điều này đã tạo điều kiện vàcàng thúc đẩy mạng không dây phát triển Việc kết nối mạng theo mô hình không dây truyền thống (có sử dụng Access point) đã không còn là xa lạ với chúng ta nữa

Một mạng ad-hoc là một tập hợp các nút di động không dây (hoặc router) tự động hình thành một mạng tạm thời mà không cần sử dụng bất kỳ cơ sở hạ tầng mạng hiện có hoặc quản trị tập trung Các router có thể tự do di chuyển ngẫu nhiên và tự tổ chức tùy ý,

do đó cấu trúc liên kết không dây của mạng có thể thay đổi nhanh chóng và không biết trước

Mạng adhoc là một mạng có tính tự thiết lập và thích nghi Điều đó có nghĩa là cácnút mạng có thể di động làm cho topo mạng thay đổi (topo động) Nhưng các nút mạng

có thể tự phát hiện ra sự có mặt của các nút mạng khác và thực hiện kết nối cho phép truyền thông tin mà không cần bất kì một sự quản trị trung tâm nào hay một thiết bị điều khiển nào cả Một điểm cần lưu ý ở đây là các nút mạng không những có thể phát hiện khả năng kết nối của các thiết bị mà nó còn có thể phát hiện ra loại thiết bị và các đặc tínhtương ứng của các loại thiết bị đó Các nút mạng có thể là các thiết bị khác nhau, ví dụ như máy tính xách tay, PDA, hay smart phone, nên khả năng tính toán, lưu trữ hay truyền dữ liệu của các nút mạng cũng là khác nhau Một điều cũng dễ dàng nhận thấy là vấn đề sử dụng và duy trì năng lượng cho các nút mạng của mạng adhoc là vấn đề đáng quan tâm vì các nút mạng thường dùng pin để duy trì sự hoạt động của mình Ngoài ra, cũng giống như mạng không dây có cơ sở hạ tầng, tính bảo mật trong truyền thông của mạng ad-hoc là không cao Truyền thông trong không gian là khó kiểm soát và dễ bị tấn công hơn so với mạng có dây rất nhiều

Hình 3 Mô tả mạng ad-hoc

Một số ứng dụng của mạng ad-hoc:

trong một khoảng thời gian ngắn Nếu chúng ta thiết lập một mạng có cơ sở

hạ tần thì rất tốn kém tiền bạc và nhân lực

- Hỗ trợ tốt khi xảy ra thiên tai, hỏa hoạn: Khi xảy ra cá thiên tai, hỏa hoạn ở một nơi nào đó, cơ sở hạ tần ở đó như đường dây, các trạm máy, máy chủ,…

có thể bị phá hủy dẫn đến hệ thống mạng bị tê liệt hoàn toàn

- Đáp ứng truyền thông tại nơi xa trung tâm, vùng sâu, vùng xa: tại những nơi

xa trung tâm, vùng sâu, vùng xa, dân cư thưa thớt, việc thiết lập các hệ thốngmạng có cơ sở hạ tầng hết sức khó khan và tốn kém

- Trong một số ứng dụng nào đó, nếu sử dụng dịch vụ mạng có cơ sở hạ tầng

có thể không hiệu quả cao bằng việc sử dụng mạng ad-hoc

Chương 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG

AD-HOC

1 Yêu cầu của thuật toán định tuyến cho mạng ad-hoc

Do các đặc điểm khác biệt của mạng ad-hoc, chúng ta không thể áp dụng các thuậttoán định tuyến truyền thống như Link State hay DistanceVector cho mạng ad-hoc được

Cả hai thuật toán này đều yêu cầu các router quảng bá thông tin định tuyến theo định kì Những hoạt động này hạn chế khả năng thích ứng của giao thức với các thay đổi các topomạng Nếu khoảng thời gian định kì khá ngắn, giao thức sẽ hoạt động không hiệu quả bời

nó phải làm việc nhiều hơn so với sự thay đổi của topo mạng và gây lãng phí băng thông

và năng lượng của các nút mạng một cách không cần thiết Còn nếu thời gian định kì quá dài, giao thức sẽ không phản ứng kịp với sự thay đổi của topo mạng Với thuật toán Link State, các router sẽ gửi thông tin quảng bá định kì về các router hàng xóm và cost của đường đi tới các router hàng xóm đến các router trong mạng Từ đó, các router sẽ biết được toàn bộ topo của mạng để tính toán đường đi tới đích ngắn nhất có thể Với thuật toán Distance Vector, mỗi router lại gửi định kì các thông tin khoảng cách từ nó đến các router khác Bằng việc tính toán, so sánh khoảng cách từ mỗi nút hàng xóm đến một đích nào đó, các router sẽ quyết định đường đi ngắn nhất đến nút mạng đích Như vậy, nếu sử dụng các thuật toán thông thường với mạng ad-hoc có thể dẫn đến một loạt các vấn đề sau:

- Việc các router liên tục gửi bản tin quảng bá định kì đến các nút trong mạng.Việc này gây ra:

 Gây lãng phí băng thông cho các nút mạng trong mạng ad-hoc

 Gây lãng phí năng lượng

- Ở các mạng thông thường, liên kết giữa hai nút mạng trong mạng hoặc giữa nút với base station là các liên kết đối xứng Trong khi đó, liên kết giữa hai nút mạng của mạng ad-hoc có thể là liên kết không đối xứng,

nghĩa là việc truyền thông giữa hai nút mạng không thể thực hiện tốt trên

cả hai hướng Lý do là vì khả năng truyền tín hiều của các nút mạng là khác nhau: nút mạng nào có năng lượng truyền tín hiệu mạnh thì nút đó có liên kết tốt với các nút mạng nhận tín hiệu của nó, ngược lại nút mạng có năng lượng truyền tín hiệu yếu thì khả năng không liên kết được với các nút mạng nhận tín hiệu là khó tránh khỏi, nếu có liên kết được thì đó cũng

là một liên kết yếu, không ổn định

- Trong mạng ad-hoc tồn tại nhiều liên kết dư thừa Với mạng có dây truyền thống, người ta chỉ dùng rất ít các router để nối hai mạng Vì thế các tuyến đường dư thừa trong mạng có dây là không nhiều và các thuật toán định tuyến thông thường vẫn tính đến cả những liên kết đó Những với mạng adhoc lại khác Mỗi nút mạng lại đóng vai trò như một router, mạng adhoc

có bao nhiêu nút mạng thì có bây nhiêu router Điều này làm cho việc truyền

dữ liệu từ nút mạng nguồn đến nút mạng đích có thể phải đi qua nhiều hơn một nút mạng trung gian và tuyến đường mà dữ liệu di chuyển cũng không phải là duy nhất Bên cạnh tuyến đường tốt nhất vẫn có thể tồn tại nhiều tuyến đường khác có thể hoạt động bình thường, Với mạng có quá nhiều tuyến đường dư thừa như vậy, các thuật toán định tuyến nếu tính cả đến chúng sẽ làm cho việc cập nhật và tính toán tuyến đường trở lên nhiều hơn Điều đó là không cần thiết

- Không để xảy ra hiện tượng lặp: hiện tượng này xảy ra khi một phần nhỏ cácgói tin di chuyển vòng quanh trong mạng trong một khoảng thời gian nào

khi gói tin di chuyển đến một nút mạng mới, bộ đếm sẽ tăng lên 1 và khi đếnmột giá trị định sẵn thì gói tin sẽ bị loại bỏ.

- Thiết lập những cụm mạng nhỏ: nếu giao thức định tuyến có thể xác định được các nút mạng gần nhau và thiết lập chúng thành một cụm mạng nhỏ thìsẽ rất thuật tiện trong định tuyến Nếu các nút mạng đơn di chuyển nhanhhơn thì các cụm mạng lại ổn định hơn Do đó, định tuyến trong các cụm mạng sẽ đơn giản hơn rất nhiều

Hình 5 Ví dụ cụm mạng nhỏ

- Bảo mật: giao thức định tuyến của mạng ad-hoc có thể bị tấn công dễ dàng ởmột số dạng như đưa ra các cập nhật định tuyến không chính xác hoặc ngăn cản việc chuyển tiếp gói tin, gián tiếp gây ra việc từ chối dịch vụ dẫn đến góitin không bao giờ đến được đích Chúng cũng có thể thay đổi thông tin định tuyến trong mạng, cho dù các thông tin đó không gây nguy hiểm những cũng gây tốn băng thông và năng lượng Do đó cần có những phương pháp bảo mật thích hợp để ngăn chặn việc sửa đổi hoạt động của giao thức

2 Các giao thức định tuyến cơ bản

Một trong những phương pháp phổ biến nhất để phân biệt các giao thức định tuyếntrong mạng Ad-hoc di động là dựa trên cách thức thông tin định tuyến được yêu cầu và duy trì bởi các nút di động Sử dụng phương pháp này, các giao thức địnhtuyến của mạng