Giao thức báo hiệu INSIGNIA - TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET ppt

Mạng tùy biến di động MANET Mobile Ad hoc network 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 sựquản lý tập trung hoặc các dị

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ 3

Hình 1.1 Mạng tùy biến di động……….7 3 Hình 1.2 Định tuyến single-hop……….10 3 Hình 1.3 Định tuyến multi-hop……… 10 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 4

CHƯƠNG I 6

TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 6

1.1 Lịch sử phát triển 6

1.2 Khái niệm mạng MANET 6

Hình 1.1 Mạng tùy biến di động 7

1.3 Đặc điểm của mạng Manet 8

1.4 Ứng dụng phổ biến của mạng Manet 9

1.5 Phân loại Manet 10

1.5.1 Phân loại MANET theo cách thức định tuyến 10

Hình 1.2 Định tuyến single-hop 10

Hình 1.3 Định tuyến multi-hop 11

1.5.2 Phân loại MANET theo chức năng node 11

Master node: Là node quản trị một nhóm và có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của các node trong nhóm đến các node trong các nhóm khác và ngược lại Nói cách khác, nó có chức năng như một gateway 11

Normal node: Là các node nằm trong cùng một nhóm chỉ có thể kết nối với các node trong cùng một nhóm Nếu node trong nhóm đó muốn kết nối với các node trong các nhóm khác phải thông qua master node trong nhóm đó 11

12

Hình 1.4 Mô hình mạng phân cấp 12

Với các cơ chế trên, mạng sử dụng tài nguyên băng thông mạng hiệu quả hơn vì các message điều khiển chỉ phải truyền trong một cluster Tuy nhiên, việc quản lý tính chuyển động của các node trở nên phức tạp hơn kiến trúc mạng phân cấp thích hợp cho các mạng có tính chuyển động thấp 12

1.6 Kết luận chương 12

CHƯƠNG II 13

BÁO HIỆU TRONG MANET 13

2.1 Báo hiệu mạng và các khái niệm liên quan 13

2.1.1 Báo hiệu trong các mạng tùy biến di động 14

2.1.2 Báo hiệu soft-state 15

2.1.3 Báo hiệu trong các giao thức định tuyến proacitve 18

Hình 2.1 Tác động của báo hiệu tới trễ đầu cuối 21

2.2 Giao thức báo hiệu INSIGNIA 22

2.2.1 Các đại lượng điều khiển giao thức 22

Hình 2.2 Tùy chọn INSIGNIA trong tiêu đề gói IPv4 22

Hình 2.3 Cấu trúc trường tùy chọn INSIGNIA 23

Hình 2.4 Cơ cấu trạng thái tại (a): một host di động nguồn; (b): một nút di động trung gian; (c): một host di động đích 25

2.2.2 Các thuật toán xử lý báo hiệu 26

Hình 2.5 Minh họa thiết lập luồng 27

Hình 2.7 Tái định tuyến và khôi phục lưu lượng 31

Hình 2.8 Minh họa định tuyến lại và sự suy giảm 32

Hình 2.10 Điều khiển thích ứng dựa trên nút đích 35

2.3 Tổng kết chương 2 36

TỔNG KẾT 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của các thiết bị di động cá nhân như: laptop, pocket PC,PDA, điện thoại di động,…, thì nhu cầu kết nối giữa các thiết bị này cũng ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ và khả năng di chuyển trong khi kết nối Mạng tùy biến di động – MANET (Mobile Ad-hoc Network) là một trong những công nghệ vượt trội đáp ứng nhu cầu kết nối đó nhờ khả năng hoạt động không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh và có tính di động cao Tuy nhiên, hiện nay mạng MANET vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi và đang được thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để mạng đạt được hiệu quả hoạt động tốt hơn Xuất phát từ những vấn đề

nêu trên nhóm em đã chọn chuyên đề nghiên cứu về “Báo hiệu trong mạng MANET”.

Nội dung chuyên đề gồm 2 chương chính như sau :

Chương 1: Tổng quan về Manet

Chương 2: Báo hiệu trong mạng Manet

Chúng em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn của thầy Hoàng Trọng Minh đã giúp chúng em hoàn thiện chuyên đề nay

Nhóm thực hiện

DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mạng tùy biến di động……….7 Hình 1.2 Định tuyến single-hop……….10 Hình 1.3 Định tuyến multi-hop……… 10 Hình 1.4 Mô hình mạng phân cấp Error: Reference source not found

Hình 2.1 Tác động của báo hiệu tới trễ đầu cuối Error: Reference source not found

Hình 2.2 Tùy chọn INSIGNIA trong tiêu đề gói IPv4Error: Reference source not found

Hình 2.3 Cấu trúc trường tùy chọn INSIGNIA Error: Reference source not found

Hình 2.4 Cơ cấu trạng thái tại (a): một host di động nguồn; (b): một nút di động trung gian; (c): một host di động đích Error: Reference source not found

Hình 2.5 Minh họa thiết lập luồng Error: Reference source not found

Hình 2.7 Tái định tuyến và khôi phục lưu lượng Error: Reference source not found

Hình 2.8 Minh họa định tuyến lại và sự suy giảm Error: Reference source not found

Hình 2.9 Thích ứng lưu lượng Error: Reference source not found

Hình 2.10 Điều khiển thích ứng dựa trên nút đích Error: Reference source not found

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết

Vector

Định tuyến vec tơ khoảng cáchtùy biến theo yêu cầu

BQ

Projects Agency

Cơ quan phụ trách các dự án nghiên cứu cao cấp về quốc

phòng (Mỹ)

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật internet

ưu

thuật số

REQ

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET

1.1 Lịch sử phát triển

Mobile Ad-hoc Network – MANET trước đây còn được gọi là mạng vô tuyến gói,

và được tài trợ, phát triển bởi DARPA trong đầu thập niên 1970

Sau đó có nhiều mạng vô tuyến gói tin phát triển nhưng các hệ thống không dây nàyvẫn chưa bao giờ tới tay người dùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời IEEE đã đổi tênmạng vô tuyến gói tin thành mạng Adhoc

Mobile Ad-hoc Network đã được định nghĩa bởi IETF

1.2 Khái niệm mạng MANET

Các thiết bị di động như các máy tính xách tay, với đặc trưng là công suất CPU, bộnhớ lớn, dung lượng đĩa hàng trăm gigabyte, khả năng âm thanh đa phương tiện vàmàn hình màu đã trở nên phổ biến trong đời sống hàng ngày và trong công việc Đồngthời, các yêu cầu kết nối mạng để sử dụng các thiết bị di động gia tăng đáng kể, baogồm việc hỗ trợ các sản phẩm mạng vô tuyến dựa trên vô tuyến hoặc hồng ngoại ngàycàng nhiều Với kiểu thiết bị điện toán di động này, thì giữa những người sử dụng diđộng luôn mong muốn có sự chia sẻ thông tin

Mạng tùy biến di động MANET (Mobile Ad hoc network) 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 sựquản lý tập trung hoặc các dịch vụ hỗ trợ chuẩn nào thường có trên mạng diện rộng mà

ở đó các thiết bị di động có thể kết nối được Các node được tự do di chuyển và thiết

lập nó tùy ý Do đó, topo mạng không dây có thể thay đổi một cách nhanh chóng vàkhông thể dự báo Một mạng như vậy có thể vận hành một cách độc lập, hoặc có thểđược kết nối tới Internet.

Vậy MANET là một tập hợp của những node mạng không dây , những node này cóthể được thiết lập tại bất kỳ thời điểm và tại bất cứ nơi nào Mạng MANET khôngdùng bất kỳ cơ sở hạ tầng nào Nó là một hệ thống tự trị mà máy chủ di động được kếtnối bằng đường vô tuyến và có thể di chuyển tự do, thường hoạt động như một router

• Mạng không dây cho phép dễ dàng bổ sung, thay thế các thiết bị tham gia trongmạng mà không cần phải cấu hình phức tạp lại toàn bộ topo của mạng

• Mạng không dây tỏ rõ ưu thế của nó trong những hoàn cảnh như: hội nghị, hộithảo, hội chợ thương mại, truy cập internet ở những nơi công cộng, … Nó tạonên một không gian sang trọng, lịch sự, và rất thuận tiện cho những người thamgia

• Mạng không dây không phụ thuộc vào vị trí địa hình, nên rất dễ dàng triển khailắp đặt

Tuy mạng không dây còn có những hạn chế về giá cả cũng như về mặt kỹ thuật:băng thông còn thấp, bán kính phủ sóng còn hạn chế, thiết bị phần cứng còn đắt, tuổithọ pin còn thấp, các kết nối chưa thực sự đảm bảo, khả năng bảo mật chưa cao Xong,với xu hướng phát triển của khoa học công nghệ, cũng như sự đầu tư có trọng điểm

của các quốc gia, mạng không dây sẽ càng trở nên phổ biến và sẽ có thể thay thế đượcmạng có dây

Mạng không dây di động hay thường gọi là mạng Mobile Ad-hoc Network(MANET) (ad-hoc có thể hiểu theo nghĩa là không có tổ chức, hay là mô hình mạng

có tính chất động) Mạng phải hoạt động trong một phương thức độc lập, hoặc đượckết nối tới một mạng cố định (như mạng internet) qua các gateway Các nút logic củacác mạng này có thể là các đối tượng khác nhau, từ các đối tượng rất lớn (như máybay, tàu, xe tải và ô tô), tới các đối tượng rất nhỏ (như các bộ cảm ứng) Do đó, dunglượng và tài nguyên khả dụng của các nút thay đổi đáng kể

Các nút thường được trang bị với các bộ phát và nhận không dây sử dụng các ăngten có thể theo mọi hướng, định hướng cao hoặc có thể lái được Bởi vậy, khả năng kếtnối không dây vật lý giữa bất kỳ nút phụ thuộc vào yếu tố khác nhau như vị trí nút,phạm vi vô tuyến, các mức độ giao thoa và hoàn cảnh môi trường bên ngoài mà có thểtác động tới tín hiệu được truyền đi

1.3 Đặc điểm của mạng Manet

Mỗi nút di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm về nguồnnăng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau Chúng có thể di chuyển về mọi hướngtheo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính củamạng MANET như sau:

Cấu hình mạng động: Một trong những đặc trưng quan trọng của môi trường mạng

Manet là sự thay đổi trạng thái thường xuyên và nhanh chóng của các nút mạng cũngnhư các liên kết giữa các nút mạng Một nút mạng có thể gia nhập hoặc tách khỏimạng tại bất kỳ thời điểm nào Các nút mạng có thể di chuyển tự do dẫn đến các liênkết giữa các nút mạng thay đổi liên tục Vì vậy, cấu hình mạng (network topology)trong môi trường mạng không dây di động thay đổi liên tục làm ảnh hưởng đến cáchoạt động trao đổi thông tin giữa các nút mạng Đây chính là một trong những thửthách chính khi xây dựng một giao thức định tuyến trong mạng không dây Giao thứcđịnh tuyến phải có khả năng tương thích cao với đặc trưng này sao cho có khả năng tựthiết lập và tái thiết lập thông tin định tuyến một cách nhanh chóng và hiệu quả

Tính tự thiết lập: Mạng không dây di động không phụ thuộc vào bất kỳ một cấu trúc

mạng nào sẵn có cũng như sự quản lý tập trung tại bất kỳ một nút mạng nào Các nút mạng có vai trò ngang nhau và hoạt động độc lập nhau Các nút mạng phải tự thiết lập các thông tin cần thiết cho chính mình (địa chỉ mạng, thông tin định tuyến, ) khi gia nhập vào mạng cũng như tự điều chỉnh thông tin khi mạng thay đổi

Do đó, giao thức định tuyến trong môi trường mạng này phải hỗ trợ cơ chế tự thiết lập,cập nhật và quản lý các thông tin cần thiết cho các nút mạng

Môi trường mạng không dây: Nhìn chung, các nút mạng trong môi trường mạng

không dây sử dụng tần số radio hoặc hồng ngoại để trao đổi dữ liệu với nhau Các thiết

bị không dây như thế có thể kể đến là: laptop, pocket PC, PDA, điện thoại di động,sensor, các thiết bị vệ tinh, … Mặc dù, các thiết bị khác nhau ở tầng vật lý nhưng khicùng tham gia trong cùng một môi trường mạng không dây thì dùng chung một băngtần để trao đổi dữ liệu Trong môi trường không dây này, các thiết bị đều chịu nhữnghạn chế như:

• Môi trường truyền thông có độ tin cậy thấp

• Hạn chế về năng lượng, bộ nhớ, khả năng tính toán

Chất lượng kênh trong môi trường mạng MANET là luôn thay đổi và topo mạngthay đổi theo thời gian Hơn nữa, các nút di động hoạt động sử dụng nguồn năng lượng(pin) có hạn Và trong MANET không có máy phục vụ trung tâm

Trong mạng cơ bản thì cơ sở hạ tầng, các trạm trung gian thu phát sóng là yếu tố quantrọng quyết định chất lượng của mạng, còn trong mạng MANET các nút mạng kết nốithông qua các nút mạng (không cần đến các trạm thu phát), các nút mạng có thể dichuyển tự do trong cấu trúc mạng do nó có tính chất cơ động cao và do đó làm giảmbớt sự phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng, làm cho mạng phát triển dễ dàng, tốc độ phát triểncủa mạng nhanh Đây là một ưu điểm rõ ràng của MANET Bên cạnh đó, số lượngthiết bị di động lớn, tiết kiệm, sử dụng dữ liệu số và không cần đăng ký cũng là nhữnglợi thế của các mạng này

Các vấn đề thách thức khác đối với mạng MANET là: sự định tuyến/Quản lý cácnút (thêm vào mạng, thoát khỏi mạng), tính bảo mật, mật độ các nút, sự xung đột, môphỏng và kinh nghiệm thực tế, và sự tương tác giữa các lớp

1.4 Ứng dụng phổ biến của mạng Manet

MANET có ưu thế trong rất nhiều ứng dụng bởi vì chúng không cần bất cứ một cơ

sở hạ tầng nào Những ứng dụng điển hình bao gồm:

Nội bộ: Mạng manet có thể chủ động liên kết một mạng lưới đa phương tiện tức

thời và tạm thời nhờ sử dụng máy tính xách tay để truyền bá và chia sẻ thông tin giữacác đại biểu tham dự như một hội nghị, lớp học Một cách sử dụng khác của loại mạngnày là sử dụng trong gia đình để trao đổi trực tiếp thông tin với nhau Tương tự nhưvậy trong các lĩnh vực khác như taxi dân sự, thể thao, sân vận động, thuyền và máybay nhỏ…

Lĩnh vực quân sự: Trang thiết bị quân sự hiện nay thường chứa một số loại thiết bị

máy tính Manet mạng lưới sẽ cho phép quân đội tận dụng lợi thế của công nghệ mạngphổ biến để duy trì một thông tin mạng lưới giữa những người lính, xe cộ, và thông tin

từ bộ chỉ huy Nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạ tầngmạng bị phá hủy, lúc này mạng Adhoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thôngliên lạc với nhau một cách nhanh chóng.

Lĩnh vực thương mại: Khi được kết hợp một cách hợp lý với truyền thông vệ tinh,

mạng MANET có thể cung cấp các phương thức cực kỳ linh hoạt trong việc thiết lậptruyền thông cho hoạt động cứu hỏa, cứu thương, khắc phục sự cố tai nạn hoặc cáctrường hợp cần triển khai mạng thật nhanh chóng để phục vụ tức thì Thông tin đượcchuyển tiếp giữa các thành viên trong nhóm bằng một thiết bị nhỏ cầm tay

1.5 Phân loại Manet

1.5.1 Phân loại MANET theo cách thức định tuyến

a MANET định tuyến Single-hop

Đây là loại mô hình mạng Ad-hoc đơn giản nhất, trong đó tất cả các node đều nằmtrong cùng một vùng phủ sóng, tức là các node có thể kết nối trực tiếp với các nodekhác mà không cần phải qua node trung gian

Trong mô hình này, các node có thể di chuyển tự do nhưng chỉ trong một phạm vinhất định đủ để node có thể liên lạc trực tiếp với các node khác trong mạng

Hình 1.2 Định tuyến single-hop

b MANET định tuyến multi-hop

Đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng MANET Mô hình này khác với mô hìnhtrước là các node có thể kết nối với các node khác trong mạng mà có thể không cầnphải kết nối trực tiếp với nhau Các node có thể định tuyến đến node khác thông quacác node trung gian trong mạng

Để mô hình MANET định tuyến multi-hop hoạt động hoàn hảo thì cần phải có cácgiao thức định tuyến phù hợp với mô hình mạng MANET

(peer-di chuyển nhiều.

b MANET phân cấp( Hierarchical)

Mạng Manet phân cấp là mô hình mạng được sử dụng phổ biến nhất trong mạngManet Trong kiến trúc này, mạng chia thành làm các vùng (domain), trong mỗi vùngbao gồm một hoặc nhiều nhóm (cluster) với mỗi nhóm bao gồm nhiều node Do đó cácnode được chia thành 2 loại: master node và normal node

• Master node: Là node quản trị một nhóm và có nhiệm vụ chuyển dữ liệu củacác node trong nhóm đến các node trong các nhóm khác và ngược lại Nói cáchkhác, nó có chức năng như một gateway

• Normal node: Là các node nằm trong cùng một nhóm chỉ có thể kết nối với các

node trong cùng một nhóm Nếu node trong nhóm đó muốn kết nối với cácnode trong các nhóm khác phải thông qua master node trong nhóm đó

Hình 1.4 Mô hình mạng phân cấp

Với các cơ chế trên, mạng sử dụng tài nguyên băng thông mạng hiệu quả hơn vìcác message điều khiển chỉ phải truyền trong một cluster Tuy nhiên, việc quản lýtính chuyển động của các node trở nên phức tạp hơn kiến trúc mạng phân cấpthích hợp cho các mạng có tính chuyển động thấp

c MANET kết hợp( Aggregate)

Trong kiến trúc mạng Manet này, mạng phân thành các khu vực (zone) và các nodeđược chia vào trong mỗi khu vực Mỗi node bao gồm hai mức topo (topology) là topomức thấp (node level) và topo mức cao (zone level) Ngoài ra, mỗi node còn đặc trưngbởi hai số ID là node ID và zone ID Trong một zone có thể áp dụng kiến trúc đẳngcấp hoặc kiến trúc phân cấp

1.6 Kết luận chương

Phần chương I của đề tài đã trình bày những kiến thức tổng quan về MANET: kháiniệm, đặc điểm,ưu điểm, nhược điểm, phân loại MANET, đồng thời đưa ra những ứngdụng phổ biến của Manet Theo đó tạo tiền đề để nghiên cứu về vấn đề báo hiệu trongMANET được trình bày trong phần tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG II BÁO HIỆU TRONG MANET

2.1 Báo hiệu mạng và các khái niệm liên quan

Báo hiệu mạng được định nghĩa như sự trao đổi thông tin điều khiển giữa các thànhphần cấu tạo của một mạng truyền thông để khởi đầu, duy trì và giải phóng các kết nối

và cho quản lý mạng Một giao thức báo hiệu là một tập các định nghĩa bản tin và các

cơ cấu trạng thái trong việc làm đúng theo các thực thể liên quan với việc xử lý bản tinbáo hiệu

Báo hiệu mạng là về điều khiển mạng Nó để cài đặt và duy trì trạng thái bằng việctrao đổi các bản tin giữa các nút, để giữ các trạng thái thích hợp và loại bỏ các trạngthái lỗi thời

Báo hiệu mạng có thể liên quan tới các luồng lưu lượng cụ thể, hoặc với vận hànhmạng nói chung Nó có thể bao hàm các nút trong mạng, hoặc chạy rõ ràng giữa cácnút đầu cuối

Nếu quản lý trạng thái điều khiển mạng ở một cấp độ lưu lượng rõ ràng, báo hiệuđược định nghĩa như báo hiệu trên mỗi lưu lượng Các giao thức báo hiệu loại nàymang thông tin mỗi luồng cho các ứng dụng, cũng giống như thông tin dành riêng tàinguyên trong các giao thức báo hiệu QoS như RSVP Các bản tin báo hiệu có thể càiđặt, sửa đổi, làm tươi hoặc đơn giản là đọc thông tin trạng thái mỗi luồng đã lưu trữtrong các thành phần mạng cho các lưu lượng dữ liệu riêng Thường một phần tử mạngcũng quản lý thông tin này tại cấp độ mỗi luồng

Trái lại, nếu quản lý trạng thái điều khiển mạng tại cấp độ hoạt động, thay vì mộtluồng dữ liệu nhất định, báo hiệu được định nghĩa như báo hiệu trên mỗi nút Ví dụ,

các bản tin điều khiển trao đổi trong khám phá và duy trì các kết nối giữa hai nút đầucuối Trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung vào loại báo hiệu này, thay vì báo hiệutrên mỗi lưu lượng.

Từ phương diện các phương pháp phân phối gói tin, báo hiệu có thể phân lớp thànhhai loại: báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng Báo hiệu trong băng là gửi đi các

dữ liệu và thông tin điều khiển trong cùng một kênh truyền Trái lại, báo hiệu ngoàibăng là sự trao đổi thông tin điều khiển trong một kênh dữ liệu riêng biệt, hoặc gửi cácgói tin điều khiển và các gói dữ liệu một cách riêng biệt nghiên cứu này tập trung vàobáo hiệu ngoài băng, được sử dụng trong hầu hết các giao thức định tuyến MANET

Từ phương diện các thực thể tham gia, báo hiệu mạng có thể phân lớp thành báohiệu người sử dụng – mạng, mạng – mạng, và người dùng – người dùng Báo hiệungười dùng – mạng liên quan tới các bản tin điều khiển chuyển qua giữa các thiết bịngười sử dụng và một nút mạng Báo hiệu mạng – mạng là các tín hiệu điều khiển giữacác nút mạng Báo hiệu người dùng – người dùng là tín hiệu điều khiển giữa các người

sử dụng đầu cuối Các mạng MANET không rõ các điểm khác biệt giữa các thiết bịngười dùng và các nút mạng, do đó sự phân biệt báo hiệu như vậy là không tồn tại

2.1.1 Báo hiệu trong các mạng tùy biến di động

Có một số cơ chế báo hiệu cho các mạng không dây Ví dụ, hệ thống báo hiệuINSIGNIA là một khung làm việc QoS dựa trên IP trọng tải nhẹ hỗ trợ sự dành riêngtài nguyên đầu cuối tới đầu cuối INSIGNIA sử dụng báo hiệu trong băng để giảm sựtiêu thụ băng thông của lưu lượng báo hiệu Nó sử dụng cơ chế định thời soft-state đểduy trì các sự dành riêng tài nguyên Cụ thể, mỗi luồng liên quan với một bộ định thờisoft-state Bộ định thời soft-state được làm tươi liên tục giống như các gói dữ liệu liênquan với một lưu lượng được nhận tại các nút trung gian Nếu các gói dữ liệu khôngđược nhận trong một chu kỳ, trạng thái dành riêng kết thúc và tài nguyên được dừngphân bổ

Một sự đánh giá hiệu năng của INSIGNIA bao gồm tác động của các khoảng thờigian chờ soft-state đối với hiệu suất mạng Các kết quả chỉ ra rằng, cũng như khoảngthời gian chờ tăng lên, khả năng hỗ trợ các dịch vụ thích ứng của INSIGNIA giảm đi.Đặc biệt, sự phục hồi sai được quan sát khi các khoảng thời gian chờ nhỏ hơn 2s Đểloại bỏ các cất giữ và khôi phục sai tài nguyên, một cơ chế thích ứng soft-state timeoutđược đề xuất để điều chỉnh các khoảng thời gian timeout dựa trên tỷ lệ gói dữ liệutrong số đi đến đo được

Dựa trên các hành vi của chúng trong việc cài đặt/duy trì trạng thái, các cơ chế báohiệu hiện tại trong các mạng không dây có thể phân lớp thành hai loại cơ bản: báo hiệureactive và báo hiệu proactive

i, Báo hiệu reactive

Báo hiệu reactive khởi đầu và kết thúc sự trao đổi bản tin như yêu cầu Ví dụ sự duytrì tuyến qua các bản tin HELLO trong AODV là trong thực tế một sự xử lý báo hiệureactive, từ các bản tin HELLO được gửi chỉ khi nào có dữ liệu truyền tới các nút đích.Thông tin trạng thái tuyến chỉ được duy trì trong suốt thời gian chu kỳ truyền dữ liệu.Sau khi dữ liệu truyền đi, không có bản tin HELLO nào được trao đổi giữa các nút lâncận trong tuyến

Báo hiệu reactive thường được phân chia thành ba giai đoạn: báo hiệu khởi tạo, báohiệu duy trì và báo hiệu kết thúc Do đó, các bản tin trong báo hiệu reactive bao gồmhai loại, các bản tin kích hoạt cài đặt/loại bỏ trạng thái và các bản tin làm tươi giữ cáctrạng thái đã cập nhật

ii, Báo hiệu proactive

Báo hiệu proactive trao đổi các bản tin báo hiệu một cách định kỳ, dựa trên các cơcấu soft-state Xử lý báo hiệu là không tương quan với chuyển tiếp dữ liệu (hoặc cácluồng dữ liệu) Ví dụ, xử lý quảng cáo topo trong hầu hết các giao thức định tuyếnMANET proactive là xử lý báo hiệu proactivce Các bản tin topo được quảng cáo định

kỳ trong mạng

Báo hiệu proactive thường không gửi các bản tin kích hoạt riêng biệt để cài đặttrạng thái Thay vào đó, nó phải điều chỉnh trạng thái mới vào trong các bản tin báohiệu Bên nhận các bản tin như vậy kiểm tra mỗi bản tin cập nhật trạng thái dựa vàonơi chứa trạng thái của chúng Trạng thái mới được cài đặt trong khi trạng thái hiện tạiđược làm tươi hoàn toàn Tương tự, báo hiệu proactive không gửi các bản tin loại bỏtrạng thái hiện Thay vào đó, trạng thái lỗi thời bị kết thúc nếu không có sự làm tươitrong một chu kỳ xác định

2.1.2 Báo hiệu soft-state

a Tổng quan báo hiệu soft-state

Khái niệm soft-state được đưa ra đầu tiên bởi Clark trong cuối những năm 1980,như một cơ chế báo hiệu chủ yếu trong việc duy trì thông tin trạng thái lưu lượng chocác dịch vụ Internet Soft-state nghĩa là nó có thể được khôi phục lại nhanh chóng dựatrên các cập nhật định kỳ như sự thay đổi topo mạng (do thiết bị định tuyến và chuyểnmạch đang hoạt động và không trực tuyến) Trạng thái đòi hỏi tự phục hồi trongtrường hợp mạng lỗi, để trạng thái tổn thất không dẫn tới nhiều hơn một sự mất tạmthời của dịch vụ đưa ra mà kết nối tồn tại Báo hiệu soft-state gửi đi một nỗ lực tốtnhất, các bản tin làm tươi định kỳ để duy trì thông tin trạng thái Trạng thái sẽ thườngxuyên mất đi và được xóa bỏ trừ khi được làm tươi định kỳ bằng việc nhận bản tin báo

ràng nào Từ đó bản tin mất hoặc trạng thái sai lạc có thể được khôi phục lại bằng cácbản tin làm tươi đến sau, phân phối bản tin đáng tin cậy là không cần thiết.

Mặc dù việc trao đổi các bản tin định kỳ, các nút đầu cuối khôi phục thông tin trạngthái lưu lượng mà mất đi trong một nút thất bại và thúc đẩy các dịch vụ liên quan vớicác lưu lượng Lý do cho việc sử dụng và triển khai rộng rãi của nguyên lý thiết kế này

là nó làm việc trong nhiều các giao thức internet trong thực tế Cụ thể, soft-state có cácđặc tính dưới đây:

• Tính mạnh Soft-state có đủ khả năng “sống sót” dù thất bại Các hệ thốngxây dựng dựa trên soft-state là tự dàn xếp, từ sự mất các trạng thái phiên có thểdành lại được một cách tự động và có thể không dẫn tới sự ngừng dịch vụ lâudài Các giao thức soft-state sử dụng cơ cấu timeout để tạo một kênh truyền ảo

và hồi tiếp có thể dự báo, bởi sự mất các bản tin báo hiệu sẽ không tạo ra trạngthái đơn độc (orphaned state)

• Chi phí điều khiển có thể đự đoán Chi phí điều khiển của báo hiệu soft-stateđược quyết định bởi số lượng trạng thái mạng và các nút, mức độ của khả năngkết nối của mỗi nút, và các khoảng thời gian làm tươi Tần số của sự trao đổibản tin không thay đổi với các điều kiện mạng Do đó, các giao thức soft-state ít

có khả năng làm tắc nghẽn mạng với lưu lượng báo hiệu khi các điều kiện mạngbất thường so với tiêu chuẩn

• Đơn giản trong sự thực hiện Một cơ chế soft-state không phụ thuộc vào bất

cứ kỹ thuật khác, như đo lường mạng hoặc sự phát hiện di chuyển Nó có thểđược triển khai gia tăng mà không có bất cứ nhu cầu nào để thay đổi sự thựchiện hệ thống hiện tại

Các đặc trưng của báo hiệu state, tính đơn giản và tính thiết thực, khiến

soft-state là một sự lựa chọn hấp dẫn để duy trì trạng thái trong các mạng MANET, baogồm thiết lập liên kết, và để duy trì trạng thái nút

Mặt khác, cơ chế soft-state có một số hạn chế Tự bản thân soft-state không cungcấp các thủ tục hoặc các kỹ thuật thích ứng để thay đổi tần số làm tươi khi topo hoặchoạt động mạng thay đổi Do đó, không có đảm bảo hiệu suất trong trường hợp có cácbiến động mạng, và chi phí điều khiển không được tối ưu hóa, mà có thể mang lại cácvấn đề khả năng mở rộng và dẫn tới lãng phí tào nguyên Thêm vào đó, tần số làm tươithường được cấu hình bằng tay, làm tăng tính phức tạp trong sự suy trì hệ thống đặcbiệt dưới các yêu cầu hiệu suất xác định

b Phân tích hiệu suất lý thuyết

Raman phát triển một mô hình hàng đợi đa lớp vòng mở cho truyền thông dựa trênsoft-state Kênh truyền dẫn giữa bên gửi và bên nhận hoạt động như một dịch vụ

Trạng thái phù hợp và trạng thái không phù hợp được đưa vào hệ thống hàng đợi Sửdụng mô hình này, chúng tiến hành phân tích hàng đợi để miêu tả tính nhất quát dữliệu và hiệu suất cân bằng dưới hàng loạt các tải trọng công việc, các tỷ lệ mất mạng

và các tỷ lệ kết thúc phiên Sau đó chúng mở rộng mô hình với hồi tiếp và biểu diễnthông qua mô phỏng việc thêm vào hồi tiếp cải thiện đáng kể tính nhất quán dữ liệu

mà không làm tăng sự tiêu thụ tài nguyên mạng Cuối cùng một giao thức truyền tảisoft-state được đề xuất dựa trên sự phân phối xác suất

Ping đưa ra một phân tích hiệu suất lý thuyết của các giao thức hard-state và state, bao gồm một phương pháp soft-state hoàn toàn, các phương pháp soft-state với

soft-sự loại bỏ trạng thái hiện tại và soft-sự phân phối bản tin tin cậy, và một phương pháp state hoàn toàn Một mô hình Markov thời gian liên tục được phát triển để xác địnhhiệu suất báo hiệu trong các điều kiện nhất quán và giá thành trong các kịch bản báohiệu multi-hop và single-hop Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc ứng dụng sự loại bỏ trạngthái hiện tại vào trong phương pháp soft-state về bản chất có thể cải thiện hiệu suất báohiệu trong khi đưa ra chi phí lưu lượng thêm nhỏ Thêm nữa, việc ứng dụng kỹ thuậtphân phối bản tin điều khiển tin cậy vào trong phương pháp soft-state có thể thực hiệntốt hơn phương pháp hard-state

hard-Lui nghiên cứu tỉ mỉ tính mạnh của phương pháp báo hiệu soft-state Nghiên cứunày phát triển các mô hình đơn giản để so sánh hiệu suất của phương pháp soft-statevới phương pháp hard-state dưới các tình huống như sau: (1) Từ chối dịch vụ (DoS)tấn công, (2) quá tải (mất) các kênh truyền thông và (3) quảng bá các phiên với sốlượng tham gia biến động Nghiên cứu kết luận rằng, phương pháp hard-state có thểđược cấu hình để thực hiện tốt hơn phương pháp soft-state, nếu các điều kiện mạng cóthể dự đoán trước Và phương pháp soft-state mềm dẻo hơn nếu các điều kiện mạng làkhông được nhận biết

c Định thời có khả năng mở rộng

Báo hiệu soft-state dựa trên mỗi phiên, cũng như sự duy trì lưu lượng trong RSVP,

có vấn đề khả năng mở rộng trong các điều kiện số lượng trạng thái Ví dụ, cũng nhưkích thước và cách sử dụng (tức số lượng của các lưu lượng) của mạng tăng lên, sốlượng trạng thái được duy trì cũng tăng lên Với phương pháp định thời cố định, luồngđiều khiển tăng lên tuyến tính với số lượng trạng thái lưu lượng, từ các bản tin báohiệu riêng biệt được gửi cho mỗi trạng thái luồng

Để khắc phục vấn đề này, Sharma đề xuất một phương pháp định thời khả năng mởrộng để giới hạn chi phí luồng điều khiển Trong nghiên cứu, khoảng thời gian làmtươi được điều chỉnh tùy theo băng thông khả dụng được bố trí trước (đã phân bổ cholưu lượng điều khiển) và số lượng trạng thái được làm tươi Cụ thể, các bản tin báo

dao động trong số lượng trạng thái mạng theo thời gian Quyền ưu tiên phân phối bảntin được đưa ra để kích hoạt các bản tin để cải thiện thời gian phản ứng Để quyết địnhgiá trị của các khoảng thời gian định thời thời gian chờ, nghiên cứu đề xuất haiphương pháp định lượng: (1) kiểm vòng và (2) số trung bình chuyển động trọng sốhàm mũ.

Các phương pháp thích ứng của chúng ta đạt được khả năng mở rộng định tuyếnMANET là khác nhau theo nhiều khía cạnh Đầu tiên, báo hiệu MANET thường dựatrên tràn lụt, không dựa trên mỗi phiên, các bản tin làm tươi trạng thái được đưa vàotrong gói tin điều khiển trong sự phân phối Do đó, chi phí báo hiệu không tăng tuyếntính với số lượng trạng thái Thứ hai, động cơ thúc đẩy của định thời khả năng mởrộng là để nén tiêu thụ băng thông, không có sự cân nhắc hiệu suất báo hiệu, trong khicác phương pháp của chúng ta chú ý cả hai

2.1.3 Báo hiệu trong các giao thức định tuyến proacitve

a HELLO Based Neighbour Detection

Các giao thức định tuyến MANET, như OLSR và AODV, phát hiện các thay đổineighbour trong một phương thức proactive: thay đổi định kỳ của các bản tin HELLO

Ở đây chúng ta chỉ giới thiệu ngắn gọn xử lý khám phá neighbour

1 Khi bản tin HELLO từ nút B được nhận bởi nút A, nút A check trong tập liênkết của nó nếu bản tin từ một neighbour hiện tại Nếu không, một entry liên kếtmới (B→A) được tạo lên và được đánh dấu là bất đối xứng; mặt khác, nút A

cập nhật trạng thái của liên kết

2 Nút A quảng bá một bản tin HELLO, giới hạn B trong danh mục các neighbourkhông đối xứng Khi nhận bản tin này, B phỏng đoán liên kết bất đối xứng (B

→A) Theo đó, từ khi nó nhận bản tin HELLO từ A, B kết luận rằng liên kết

giữa A và B là bất đối xứng

3 Nút B quảng bá một bản tin HELLO và thông báo nút A là một hàng xóm SY

M Nút A nhận bản tin này và đánh dấu entry liên kết bất đối xứng (B→A)

giống như (B↔A).

4 Thay đổi định kỳ của các bản tin HELLO cho phép các nút giữ dấu vết trạngthái của các nút láng giềng

5 Nếu, trong một chu kỳ cố định, nút A không nhận được một bản tin HELLO từ

B, A thừa nhận rằng liên kết tới hàng xóm này đã mất

Để tránh sự đồng bộ hóa của các gói tin điều khiển (ví dụ như các nút hàng xómkhác nhau cố gắng truyền lưu lượng điều khiển đồng thời), mỗi nút thêm một jitter đãđược tạo ra một cách ngẫu nhiên vào khoảng thời gian mà các bản tin HELLO đượctạo