So sánh giao thức AODV và AOMDV trong mạng Manet

1. MỞ ĐẦU 1 2. NỘI DUNG 2 2.1 Giới thiệu về mạng MANET 2 2.2 Giao thức định tuyến AOMDV (Adhoc OnDemand Multipath Distance Vector Routing) 2 2.2.1 Giới thiệu về giao thức AOMDV 2 2.2.2 Kỹ thuật tránh vòng lặp (Loop Freedom) 3 2.2.3 Nguyên tắc số tuần tự 5 2.2.4 Kỹ thuật phân tách tuyến (Disjoint Path ) 6 2.2.5 Mô tả cụ thể giao thức 10 2.3 Giao thức định tuyến AODV 14 2.4 Mô phỏng và phân tích kết quả 16 3. TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

2 NỘI DUNG 3

2.1 Giới thiệu về mạng MANET 3

2.2 Giao thức định tuyến AOMDV (Ad-hoc On-Demand Multipath Distance Vector Routing) 3

2.3 Giao thức định tuyến AODV 15

2.4 Mô phỏng và phân tích kết quả 17

3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

1 MỞ ĐẦU

Giao thức định tuyến có vai trò trung tâm trong bất kì mạng Ad hoc Network(MANET) nào Có rất nhiều giao thức định tuyến thể hiện các mức độ hiệu suất khác nhau trong các trường hợp khác nhau Trong đề tài tiểu luận này, tôi tìm hiểu về giao thức AOMDV (Ad-hoc On-Demand Multipath Distance Vector Routing) và giao thức định tuyến AODV Tôi phân tích các giao thức định tuyến này bằng mô phỏng trên NS2 Trong bài này sẽ nghiên cứu hiệu suất của gói tin gửi, gói tin nhận, gói tin mất, tỉ lệ gửi gói tin thành công trên giao thức AOMDV

và AODV Từ đó so sánh đánh giá hiệu năng của hai giao thức này

2 NỘI DUNG

2.1 Giới thiệu về mạng MANET

Mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) là một mô hình bao gồm các nút mạng di động không dây tự động hình thành một mạng tạm thời mà không cần sử dụng bất kỳ kết cấu hạ tầng mạng được xác định trước, không cần thiết phải có các thiết bị điều khiển trung tâm và không phụ thuộc vào vị trí địa lý Để tạo điều kiện thông tin liên lạc trong mạng, một giao thức định tuyến được sử dụng để khám phá các tuyến đường giữa các nút Sau khi tạo đường đi, hoặc là định hướng kết nối giao thức TCP hoặc kết nối ít giao thức UDP là cần thiết để truyền các gói dữ liệu

Do độ tin cậy của nó, TCP và các biến thể của nó đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền dữ liệu qua MANET

Có rất nhiều giao thức định tuyến cho mạng MANETs, do đó nghiên cứu hiệu suất của giao thức định tuyến hiện có để sử dụng các giao thức này và đồng thời tối

ưu hoá các giao thức này cũng rất quan trọng Phương pháp chính để đánh giá hiệu suất của MANETs là mô phỏng Trong bài tiểu luận này em sẽ đưa ra đánh giá hiệu suất của giao thức định tuyến là AOMDV bằng việc xây dựng mô hình mạng trên NS2 … Có thể với việc đánh giá chỉ trên một mô hình mạng sẽ chưa đưa ra được kết quả tối ưu nhất của một giao thức nào đó

2.2 Giao thức định tuyến AOMDV (Ad-hoc On-Demand Multipath Distance Vector Routing)

2.2.1 Giới thiệu về giao thức AOMDV

Trong mạng MANET (Mobile Ad-hoc Network) các tuyến thông tin rất dễ xảy ra tình trạng “đứt gẫy” Nguyên nhân chính là do mạng có cấu trúc động các node thường xuyên phải di chuyển Việc phục hồi các tuyến này có thể gây ra tình trạng trễ lớn, từ đó làm ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tin trong mạng Những hạn chế này có thể được khắc phục nhờ sử dụng giao thức định tuyến đa đường Giao thức này không những giải quyết được những hạn chế của định tuyến đơn tuyến (trong AODV), nó còn giúp lưu thông dữ liệu được dễ dàng và ít xảy ra lỗi khi xử

dụng giao thức định tuyến đa đường, việc khám phá tuyến mới chỉ thực sự cần khi tất cả các tuyến đều bị lỗi Chính vì vậy mà làm giảm thiểu đáng kể trễ và chi phí đường truyền xảy ra trong quá trình khám phá lại tuyến Ngoài ra định tuyến đa đường con giúp cân bằng tải dữ liệu truyền trong mạng bởi vì dữ liệu có thể được truyền đi trên nhiều tuyến tại cùng một thời điểm.

Ý tưởng về định tuyến đa đường được giới thiệu trong giao thức AOMDV (Ad-hoc On Demand Multipath Distance Vector) AOMDV là một giao thức định tuyến theo yêu cầu mở rộng của giao thức định tuyến AODV Vì vậy mà nó mang những đặc điểm giống với AODV như định tuyến dựa trên khái niệm véc tơ khoảng cách và sử dụng phương pháp định tuyến hop-by-hop Tuy nhiên sự khác nhau chính giữa hai phương pháp này là khả năng định tuyến đa đường của AOMDV so với định tuyến đơn đường của AODV Đây cũng chính là cải tiến lớn nhất của AOMDV so với AODV trong việc thiết lập tuyến, sự cải tiến này sẽ khắc phục được những hạn chế của phương pháp định tuyến AODV mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu để hoàn thiện hơn hệ thống truyền tin sử dụng mạng adhoc.Vấn đề cốt lõi của giao thức định tuyến đa đường chính là phải đảm bảo được các tuyến khám phá phải đồng thời thỏa mãn hai yêu cầu : tránh vòng lặp (loop freedom) và các tuyến dự trữ phải độc lập (disjoint path) AOMDV giải quyết được hai yêu cầu đặt ra nhờ các kỹ thuật cập nhật và duy trì thông tin tuyến tại mỗi node, chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu cụ thể các vấn đề đặt ra và cách mà giao thức AOMDV đạt được các yêu cầu kỹ thuật đó

2.2.2 Kỹ thuật tránh vòng lặp (Loop Freedom)

Như ta đã đề cập ở trên, nguyên tắc cập nhật tuyến trong AODV để tránh vòng lặp tự do AODV giới hạn các tuyến khám phá đến đích thông qua các node trung gian bằng cách sao lưu các bản tin RREQ vào bộ đệm tuyến Chỉ những bản sao đầu tiên của gói yêu cầu đến mà chưa có trong bộ đệm của node mới được node chấp nhận và quảng bá, còn lại sẽ không được node chấp nhận Điều này tỏ ra khá hiệu quả đối với mạng có số lượng node trong mạng là ít, định tuyến đơn Tuy nhiên khi số node trong mạng tăng lên cùng với đó là yêu cầu định tuyến đa

đường, việc duy trì các bản sao yêu cầu là không phù hợp nó sẽ hạn chế lưu lượng truyền trong mạng và làm tăng chi phí để duy trì một khối lượng lớn thông tin trong bộ nhớ Như vậy đặt ra câu hỏi AOMDV sẽ làm cách nào để tránh vòng lặp tuyến trong khi không phải sao lưu các bản tin quảng bá Điều này làm nảy sinh hai vấn đề cần giải quyết khi tính toán đa đường mà không xảy ra vòng lặp tuyến tại một node Đầu tiên chúng ta sẽ xem xét liệu những tuyến đường nào trong số các đường đến cần được một node quảng bá tới các node trong mạng? có thể xem các tuyến này đều có các hop count khác nhau việc lựa chọn một cách tùy ý có thể dẫn đến vòng lặp tuyến Vấn đề thứ hai đặt ra đó là tuyến nào trong số những tuyến quảng bá sẽ được một node chấp nhận? Việc chấp nhận tất cả các tuyến cũng có thể dẫn tới vòng lặp Có thể thấy rõ những vấn đề này trong các ví dụ ở hình 6.36

L cũng có một tuyến có ba chặng tới D thông qua M ( L – M –N – D ) Giả xử

I sẽ đạt được một tuyến tới D bốn chặng thông qua L Cũng như trên I cũng có thể chấp nhận tuyến tới D thông qua J Như vậy việc chấp nhận một tuyến dài hơn sau khi đã có một tuyến ngắn hơn tới node hàng xóm có thể gây ra một vòng lặp tuyến

Trong ví dụ ở hình 1.a giả sử node I xác định được hai đường tới đích D, một

tuyến năm hop thông qua M ( I – M – N – O – P - D ) và một tuyến trực tiếp tới D (I – D ) Giả sử I quảng bá tuyến I – M –N – O – P –D tới node J và tuyến I – D tới node K, sau đó cả J và K đều có các tuyến tới D thông qua I Cuối cùng nếu I đạt được một tuyến tới đích gồm bốn hop thông qua L ( L – K –I – D ) , I sẽ không thể quyết định được liệu L là ngược hương hay xuôi hướng tới nó chỉ bằng thông tin

về hop count chứa trong quảng bá tuyến Vì vậy I sẽ thiết lập một tuyến thông qua

L kết quả tuyến xảy ra vòng lặp

Hình 1 : Ví dụ về các khả năng gây ra vòng lặp tự do trong việc tính toán đa đường

Trong ví dụ ở hình 1.b có thể chỉ ra một số khả năng khác có thể xảy ra vòng

lặp Giả sử D là node đích, node J có một tuyến gồm ba chặng tới D thông qua K ( J – K – I – D) Node L cũng có một tuyến có ba chặng tới D thông qua M ( L – M –N – D) Giả xử I sẽ đạt được một tuyến tới D bốn chặng thông qua L Cũng như trên I cũng có thể chấp nhận tuyến tới D thông qua J Như vậy việc chấp nhận một tuyến dài hơn sau khi đã có một tuyến ngắn hơn tới node hàng xóm có thể gây ra một vòng lặp tuyến

Dựa vào những phân tích trên đây chúng ta có thể đưa ra được một điều kiên

đủ để tránh vòng lặp tự do trong quá trình khám phá tuyến Những điều kiện này sẽ cho phép nhiều tuyến đường được duy trì tại một node cho một đích xác định

2.2.3 Nguyên tắc số tuần tự

Chỉ duy trì các tuyến với số tuần tự đích lớn nhất đã biết Việc duy trì số tuần

tự đích lớn nhất này giống như trong AODV mà ta đã xét, mỗi một quảng bá tuyến chứa một số tuần tự đích cao hơn sẽ được nhận, cùng với đó tất cả các tuyến với số tuần tự đích cũ hơn sẽ bị xóa bỏ Tuy nhiên cũng giống như AODV các node khác

nhau trên một tuyến cũng có thể có các số tuần tự khác nhau với cùng một đích đến Đối với các node có cùng số tuần tự đích:

- Nguyên tắc quảng bá tuyến: không bao giờ quảng bá một tuyến ngắn hơn một tuyến đã quảng bá

- Nguyên tắc chấp nhận tuyến: không bao giờ chấp nhận một tuyến dài hơn tuyến đã quảng bá

Để duy trì các tuyến với cùng một số tuần tự đích, AOMDV sử dụng một khái niệm mới được gọi là “ advertised hopcount” có thể hiểu là hopcount quảng bá Mọi node đều duy trì giá trị này cho mỗi đích Nó thể hiện độ dài của tuyến đường dài nhất mà hiện tại node đang duy trì trong bảng định tuyến cho một đích tại thời điểm bắt đầu quảng bá tuyến cho một số thứ tự đich Hopcount quảng bá này sẽ được duy trì tại node cho đến khi số tuần tự đích thay đổi Chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu chức năng của hopcount quảng bá trong việc cập nhật các tuyến tránh vòng lặp trong phần sau

2.2.4 Kỹ thuật phân tách tuyến (Disjoint Path )

Bên cạnh việc duy trì các tuyến không có vòng lặp, AOMDV còn có khả năng phân tách hoàn toàn các tuyến này Có thế xem việc phân tách hoàn toàn các tuyến bao gồm link disjoint và node disjoint Link disjoint có thể hiểu là phân tách về các đường dẫn giữa hai node trên tuyến, như vậy các tuyến đảm bảo được link disjoint

sẽ không có các liên kết chung trên toàn bộ đường định tuyến Trong khi đó node disjoint được hiểu là các đường định tuyến không có bất kì node trung gian chung nào

Trong khi tìm kiếm các disjoint paths chúng ta không thể tối ưu chính xác độ dài cũng như chất lượng của tuyến được tìm Số lượng cũng như chất lượng của các tuyến khám phá bởi AOMDV này phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc động của mạng trong quá trình xử lý khám phá tuyến AOMDV sử dụng thuật toán véc tơ khoảng cách thông qua các node trung gian để các node định dạng lên một tuyến

hoàn chỉnh từ nguồn tới đích Do đó việc tìm kiếm các link disjoint trên tuyến tại một node có thể dược xử lý thông qua hai bước :

- Nhận dạng tất cả các node hàng xóm hiện có các link disjoint tới đích

- Định dạng chính xác một đường thông qua mỗi node hàng xóm đó

Trong AODV một node chỉ lưu giữ thông tin về next hop và quãng đường thông qua next hop đó Điều này làm giới hạn khả năng nhận biết thông tin một cách đầy đủ và chính xác để có thể nhận dạng liệu hai tuyến đạt được từ hai node hàng xóm là thực sự link disjoint (hình 2)

A và B tới đích có là link disjoint không

Do vậy việc thêm vào thông tin là cần thiết để mỗi đường có thể kiểm tra được các link trên tuyến có thực sự được phân tách hoàn toàn Ta có thể dễ dàng đạt được điều này bằng một cách đơn giản đó là cho các node trong mạng lưu trữ thông tin hoàn chỉnh về mọi tuyến đường trong mạng Trong trường hợp này việc kiểm tra link disjoint trở nên khá dễ dàng Tuy nhiên điều này lại làm nảy sinh một vấn đề đó là làm tăng chi phí truyền dẫn cũng như dung lượng bộ nhớ tại mỗi node lên rất nhiều

Chúng ta phát triển một kỹ thuật mà không yêu cầu các node duy trì thông tin hoàn chỉnh về các tuyến trong mạng mà vẫn đảm bảo được điều kiện link disjoint

Kỹ thuật này yêu cầu các node ngoài lưu trữ đồng thời thông tin về next hop và last hop của một tuyến Khái niệm last hop của một tuyến từ node P tới đích D được xem là node trung gian gần D nhất trên tuyến Từ những quan sát phân tích ở trên

ta có thể rút ra cơ sở của kỹ thuật tìm link disjoint đó là : nếu có hai tuyến đường

từ node P tới một node đích D là link disjoint thì chúng phải có duy nhất một next hop và last hop tương ứng Tuy nhiên điều kiện ngược lại chưa chắc đã đúng, để điều ngược lại là đúng chúng ta cần phải giới hạn thêm : nếu mọi node trên một tuyến đảm bảo rằng tất cả các tuyến tới đích từ node đó phải có sự khác nhau về

next và last hop Trong hình 3.a, hai tuyến từ P tới D là đảm bảo điều kiện về next

hop và last hop Nhưng chúng không thỏa mãn link disjoint Lý do là vì node trung gian I là không thỏa mãn link disjoint Nếu mọi node trên tuyến là thỏa mãn điều kiện, chúng ta sẽ có các tuyến là link disjoint Trong trường hợp này chỉ có thể có

một tuyến được chấp nhận như trong hình 3.b Trong trường hợp hình 3.c cả hai

tuyến đều được chấp nhận

Hình 3 : Ý tưởng chính trong việc tính toán tuyến là link disjoint

Gợi ý này cung cấp cho chúng ta một công cụ để quyết định liệu hai tuyến thông qua hai node hàng xóm duy nhất có là link disjoint không Chúng phải có

duy nhất một last hop Hình 4 nhấn mạnh vai trò của thông tin về last hop, và hình

3 mô tả tính toán link disjoint.

Hình 4 : Vai trò của thông tin last hop

Ở đây D là node đích, node J có hai link disjoint path tới D thông qua X và Y

Do một node không thể có hai đường với cùng một next hop, node I sẽ chỉ định dạng một tuyến thông qua J với last hop là một trong hai node X hoặc Y Giả xử I định dạng tuyến thông qua J với last hop là X, điều này đồng nghĩa với nó không cho phép truyền thông qua node Y Khi I quảng bá tuyến của nó tới đich D với last hop là X tới hai node A và B, mỗi node sẽ định dạng một tuyến tới đích thông qua node X với last hop là X Tuy nhiên P sẽ nhận thấy rằng hai tuyến từ A và B tới đích không là link disjoint, vì chúng có cùng last hop X vì vậy nó chỉ định dạng duy nhất một tuyến thông qua A

Ở đây D là đích , node I xác nhận có hai đường tới đich D thông qua X ( X – D) và thông qua Y (Y-D) là hai đường thỏa mãn link disjoint, với X và Y là hai node hàng xóm gần D Vì vậy I sẽ đồng thời định dạng lên hai tuyến tới D thông qua X và Y Giả sử I quảng bá hai tuyến thông qua X và Y tới hai node A và B tương ứng Chú ý rằng mỗi tuyến quảng bá phải bao gòm cái last hop của tuyến Như vậy tuyến đường từ A và B tới đích là link disjoint chúng có last hop tương ứng là X và Y Như vậy P có thể tạo ra hai tuyến tới đích D mà vẫn đảm bảo được link disjoint

Hình 5 : Minh họa tuyến là link disjoint

Từ những phân tích trên đây chúng ta cần duy trì được thông tin về last hop cho mọi tuyến trong bảng định tuyến của mỗi node Các bản tin RREQ và RREP trong AOMDV phải mang thông tin về last hop Sau đây chúng ta sẽ đi sâu vào mô

tả cụ thể giao thức AOMDV

2.2.5 Mô tả cụ thể giao thức

Trong phần này chúng ta sẽ mô tả các đặc điểm của giáo thức qua bốn phần chính : cấu trúc bảng định tuyến, quá trình khám phá tuyến, duy trì tuyến và gửi các gói dữ liệu trong mạng

2.2.5.1 Bảng định tuyến (Routing Table )

Hình 6 chỉ ra sự khác nhau về cấu trúc của bảng định tuyến giữa hai giao thức

AODV và AOMDV Bảng định tuyến của AOMDV có thêm một trường mới đó là advertised hopcount Bên cạnh đó một danh sách tuyến cũng được sử dụng trong AOMDV để lưu trữ các thông tin về các tuyến thay thế bao gồm : next hop, last hop, hop count và thời gian chờ

Hình 6 : Cấu trúc bảng định tuyến của AOMDV

Chúng ta hãy xét một node đích D và một node I Bất cứ khi nào số tuần tự đích của D tại I được cập nhật , trường hopcount quảng bá tương ứng sẽ được khởi tạo lại Với mỗi số tuần tự đích, hopcount(d,ik) là hopcount của tuyến thứ k trong bảng định tuyến cho đích d tai i Khi node i gửi một quảng bá tuyến cho node d, nó

sẽ cập nhật lại hopcount quảng bá trong bảng định tuyến, hopcount quảng bá sẽ được tính bằng tổng chặng lớn nhất của các tuyến thay thế có trong route_list Bất

cứ khi nào một node nhận được một quảng bá tuyến nó sẽ thực hiện một quá trình cập nhật tuyến, với nguyên tắc cập nhật tuyến được chỉ ra trong giải thuật sẽ xét

trong hình 6 dựa trên nguyên tắc cập nhật tuyến đó ta sẽ chứng minh khả năng

tránh vòng lặp tuyến và phân tách hoàn toàn của các tuyến

2.2.5.2 Quá trình khám phá tuyến

Cũng giống như AODV, khi một node nguồn muốn khởi tạo một tuyến tới đích nó bắt đầu một quá trình khám phá tuyến bằng cách truyền đi trong mạng các bản tin yêu cầu khởi tạo tuyến Từ khi RREQ được truyền lan trong mạng, một node có thể nhận được nhiều bản sao RREQ Với AODV nó chỉ chấp nhận bản sao của RREQ đầu tiên, và xóa bỏ hết các bản đếm sau, điều này sẽ giúp nó tránh được vòng lặp trong quá trình khám phá tuyến Tuy nhiên khác với AODV, AOMDV cho phép các node kiểm tra tất cả các bản sao yêu cầu tuyến đến, do đó nó sẽ thu được các thông tin cần thiếtt về các tuyến thay thế, từ đó thiết lập được các tuyến thay thế Tuy nhiên các tuyến thay thế này chỉ được chấp nhận khi không xảy ra vòng lặp và phải phân tách hoàn toàn Khi một node trung gian đạt được một tuyến đường phản hồi thông qua một bản sao RREQ, nó sẽ kiểm tra liệu có một hay