báo hiệu trong mạng manet

THUẬT NGỮ VIẾT TẮTTừ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Ngĩa Tiếng Việt AODV Ad hoc On Demand Distance Vector Định tuyến vector khoảng cách tùy biến theo yêu cầu BE Best Effort Nỗ lực tối đa BL B

Tiểu luận Môn học: Báo hiệu và điều khiển kết nối

Đề tài: Báo hiệu trong mạng MANET

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Trà

Hà Nội.

1.2 Khái niệm mạng MANET 5

1.3 Đặc điểm của mạng Manet 7

1.4 Ứng dụng phổ biến của mạng Manet 9

1.5.1 Phân loại MANET theo cách thức định tuyến 9

1.5.2 Phân loại MANET theo chức năng node 11

II BÁO HIỆU TRONG MANET

2.1 Báo hiệu mạng và các khái niệm liên quan 13

2.1.1 Báo hiệu trong các mạng tùy biến di động 142.1.2 Báo hiệu soft-state 152.1.3 Báo hiệu trong các giao thức định tuyến proacitve 182.2 Giao thức báo hiệu INSIGNIA 23

2.2.1 Các đại lượng điều khiển giao thức 232.2.2 Các thuật toán xử lý báo hiệu 28

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Ngĩa Tiếng Việt

AODV Ad hoc On Demand Distance

Vector

Định tuyến vector khoảng cách tùy biến

theo yêu cầu

BE Best Effort Nỗ lực tối đa

BL Base Layer Lớp cơ sở

CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm

DARPA Defense Advanced Research

IP Internet Protocol Giao thức Internet

MANET Mobile Ad hoc Network Mạng tùy biến di động

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngNRO Normalised Routing Overhead Chi phí định tuyến chuẩn hóaOLSR Optimized Link State Routing ĐỊnh tuyến trạng thái liên kết tối ưuPDR Packet Delivery Ratio Tỷ lệ phân phối gói tin

PDA Personal Digital Assistant Máy trợ lý cá nhân dùng kỹ thuật sốQoS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ

RES Remote Entry Services Các dịch vụ truy nhập từ xa

RT Real Time Thời gian thực

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyênTTL Time To Live Thời gian sống

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 nàycũng ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ và khả năng di chuyển trong khi kết nối Mạngtùy biến di động – MANET (Mobile Ad-hoc Network) là một trong những công nghệvượt 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 thúcđẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để mạng đạt được hiệuquả hoạt động tốt hơn

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, vàđược tài trợ, phát triển bởi DARPA trong đầu thập niên 1970 Sau đó có nhiều mạng vôtuyến gói tin phát triển nhưng các hệ thống không dây này vẫn chưa bao giờ tới tay ngườidùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời IEEE đã đổi tên mạng vô tuyến gói tin thành mạngAdhoc 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, bộ nhớlớn, dung lượng đĩa hàng trăm gigabyte, khả năng âm thanh đa phương tiện và màn hìnhmàu đã trở nên phổ biến trong đời sống hàng ngày và trong công việc Đồng thời, các yêucầu kết nối mạng để sử dụng các thiết bị di động gia tăng đáng kể, bao gồm việc hỗ trợcác sản phẩm mạng vô tuyến dựa trên vô tuyến hoặc hồng ngoại ngày càng nhiều Vớikiểu thiết bị điện toán di động này, thì giữa những người sử dụng di động luôn mongmuốn 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 trợgiúp của bất kỳ sự quản lý tập trung hoặc các dịch vụ hỗ trợ chuẩn nào thường có trênmạng diện rộng mà ở đó các thiết bị di động có thể kết nối được Các node được tự do dichuyển và thiết lập nó tùy ý Do đó, topo mạng không dây có thể thay đổi một cách nhanhchóng và không thể dự báo Một mạng như vậy có thể vận hành một cách độc lập, hoặc

có thể được kết nối tới Internet

Vậy MANET là một tập hợp của những node mạng không dây , những node này có thểđược thiết lập tại bất kỳ thời điểm và tại bất cứ nơi nào Mạng MANET không dùng bất

kỳ cơ sở hạ tầng nào Nó là một hệ thống tự trị mà máy chủ di động được kết nối bằngđường vô tuyến và có thể di chuyển tự do, thường hoạt động như một router

 Mạng không dây không phụ thuộc vào vị trí địa hình, nên rất dễ dàng triển khai lắpđặt.

Tuy mạng không dây còn có những hạn chế về giá cả cũng như về mặt kỹ thuật: băngthông còn thấp, bán kính phủ sóng còn hạn chế, thiết bị phần cứng còn đắt, tuổi thọ pincòn thấp, các kết nối chưa thực sự đảm bảo, khả năng bảo mật chưa cao Xong, với xuhướng phát triển của khoa học công nghệ, cũng như sự đầu tư có trọng điểm của các quốcgia, mạng không dây sẽ càng trở nên phổ biến và sẽ có thể thay thế được mạng 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 được kết nốitới một mạng cố định (như mạng internet) qua các gateway Các nút logic của các mạngnày có thể là các đối tượng khác nhau, từ các đối tượng rất lớn (như máy bay, tàu, xe tải

và ô tô), tới các đối tượng rất nhỏ (như các bộ cảm ứng) Do đó, dung lượng và tài nguyênkhả 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 ăng ten cóthể theo mọi hướng, định hướng cao hoặc có thể lái được Bởi vậy, khả năng kết nốikhông 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 thể tác động tớitín 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 nguồn nănglượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau Chúng có thể di chuyển về mọi hướng theo cáctốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính của mạng MANETnhư sau: Cấu hình mạng động:Một trong những đặc trưng quan trọng của môi trườngmạng Manet là sự thay đổi trạng thái thường xuyên và nhanh chóng của các nút mạngcũng như 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 liên kếtgiữa các nút mạng thay đổi liên tục Vì vậy, cấu hình mạng (network topology) trong môitrường mạng không dây di động thay đổi liên tục làm ảnh hưởng đến các hoạt động traođổi thông tin giữa các nút mạng Đây chính là một trong những thử thách chính khi xâydựng một giao thức định tuyến trong mạng không dây Giao thức định tuyến phải có khảnăng tương thích cao với đặc trưng này sao cho có khả năng tự thiết lập và tái thiết lậpthông 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 mạngnào sẵn có cũng như sự quản lý tập trung tại bất kỳ một nút mạng nào Các nút mạng cóvai 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 vàomạng 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 khôngdây: Nhìn chung, các nút mạng trong môi trường mạng không dây sử dụng tần số radiohoặc hồng ngoại để trao đổi dữ liệu với nhau Các thiếtbị không dây như thế có thể kể đếnlà: 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 khi cùng tham gia trong cùng một môi trườngmạng không dây thì dùng chung một băng tần để trao đổi dữ liệu Trong môi trườngkhông dây này, các thiết bị đều chịu những hạn chế như:

• Băng thông thấp

• 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 mạng thay đổitheo thời gian Hơn nữa, các nút di động hoạt động sử dụng nguồn năng lượng (pin) cóhạn 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 di chuyển

tự do trong cấu trúc mạng do nó có tính chất cơ động cao và do đó làm giảm bớt sự phụthuộc vào cơ sở hạ tầng, làm cho mạng phát triển dễ dàng, tốc độ phát triển của mạngnhanh Đây là một ưu điểm rõ ràng của MANET Bên cạnh đó, số lượng thiết bị di độnglớn, tiết kiệm, sử dụng dữ liệu số và không cần đăng ký cũng là những lợi thế của cácmạng này Các vấn đề thách thức khác đối với mạng MANET là: sự định tuyến/Quản lýcác nút (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 hạtầng nào Những ứng dụng điển hình bao gồm:

 Nội bộ: Mạng manet có thể chủ động liên kết một mạng lưới đa phương tiện tứcthời và tạm thời nhờ sử dụng máy tính xách tay để truyền bá và chia sẻ thông tingiữa các đại biểu tham dự như một hội nghị, lớp học Một cách sử dụng khác củaloại mạng này là sử dụng trong gia đình để trao đổi trực tiếp thông tin với nhau.Tương tự như vậy trong các lĩnh vực khác như taxi dân sự, thể thao, sân vận động,thuyền và máy bay nhỏ…

 Lĩnh vực quân sự: Trang thiết bị quân sự hiện nay thường chứa một số loại thiết bịmáy tính Manet mạng lưới sẽ cho phép quân đội tận dụng lợi thế của công nghệmạng phổ biến để duy trì một thông tin mạng lưới giữa những người lính, xe cộ, vàthông tin từ bộ chỉ huy Nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở

hạ tầng mạng bị phá hủy, lúc này mạng Adhoc là lựa chọn số một để các thiết bịtruyền thông liên lạc với nhau một cách nhanh chóng

 Lĩnh vực thương mại: Khi được kết hợp một cách hợp lý với truyền thông vệtinh,mạng truyền thông cho hoạt động cứu hỏa, cứu thương, khắc phục sự cố tainạn hoặc các trường hợp cần triển khai mạng thật nhanh chóng để phục vụ tức thì.Thông tin được chuyển tiếp giữa các thành viên trong nhóm bằng một thiết bị nhỏcầm 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 nằm trongcùng một vùng phủ sóng, tức là các node có thể kết nối trực tiếp với các node khác màkhông cần phải qua node trung gian

Trong mô hình này, các node có thể di chuyển tự do nhưng chỉ trong một phạm vi nhấtđịnh 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 hình trước

là các node có thể kết nối với các node khác trong mạng mà có thể không cần phải kết nốitrực tiếp với nhau Các node có thể định tuyến đến node khác thông qua các node trunggian trong mạng

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

Hình 1.3 Định tuyến multi-hop

1.5.2 Phân loại MANET theo chức năng node

a MANET đẳng cấp

Trong kiến trúc MANET đẳng cấp, các node có vai trò ngang hàng với nhau (peer topeer) Các node đóng vai trò như các router dùng để định tuyến các gói dữ liệu truyền trênmạng Trong những mạng lớn thì cấu trúc Flat không tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyênbăng thông của mạng vì những bản tin điều khiển ( cotrol message) phải truyền trên toàn

bộ mạng Tuy nhiên nó thích hơp trong những topo có các node di chuyển nhiều

b MANET phân cấp( Hierarchical)

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

• Master node: Là node quản trị một nhómvà có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của cácnode trong nhómđến các node trong các nhómkhác và ngược lại Nói cách khác, nó cóchức năng như một gateway

• Normal node: Là các node nằm trong cùng một nhóm chỉ có thể kết nối với các nodetrong cùng một nhóm Nếu node trong nhóm đó muốn kết nối với các node trong cácnhóm 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 vì cácmessage điều khiển chỉ phải truyền trong một cluster Tuy nhiên, việc quản lý tính chuyểnđộng của các node trở nên phức tạp hơn kiến trúc mạng phân cấp thích hợp cho các mạng

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 thành phầncấu tạo của một mạng truyền thông để khởi đầu, duy trì và giải phóng các kết nối và choquản lý mạng Một giao thức báo hiệu là một tập các định nghĩa bản tin và các cơ cấutrạng thái trong việc làm đúng theo các thực thể liên quan với việc xử lý bản tin báo hiệu Báo hiệu mạng là về điều khiển mạng Nó để cài đặt và duy trì trạng thái bằng việc traođổi các bản tin giữa các nút, để giữ các trạng thái thích hợp và loại bỏ các trạng thái lỗithời 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 các nútđầu cuối

Nếu quản lý trạng thái điều khiển mạng ở một cấp độ lưu lượng rõ ràng, báo hiệu đượcđịnh nghĩa như báo hiệu trên mỗi lưu lượng Các giao thức báo hiệu loại này mang thôngtin mỗi luồng cho các ứng dụng, cũng giống như thông tin dành riêng tài nguyên trongcác giao thức báo hiệu QoS như RSVP Các bản tin báo hiệu có thể cài đặt, sửa đổi, làmtươi hoặc đơn giản là đọc thông tin trạng thái mỗi luồng đã lưu trữ trong các thành phầnmạng cho các lưu lượng dữ liệu riêng Thường một phần tử mạng cũng quản lý thông tinnày tại cấp độ mỗi luồng Trái lại, nếu quản lý trạng thái điều khiển mạng tại cấp độ hoạtđộng, thay vì một luồng dữ liệu nhất định, báo hiệu được định nghĩa như báo hiệu trênmỗi nút Ví dụ, các bản tin điều khiển trao đổi trong khám phá và duy trì các kết nối giữahai nút đầu cuối Chúng ta sẽ tập trung vào loại báo hiệu này, thay vì báo hiệu trên mỗilưu lượng

Từ phương diện các phương pháp phân phối gói tin, báo hiệu có thể phân lớp thành hailoại: báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng Báo hiệu trong băng là gửi đi các dữliệu và thông tin điều khiển trong cùng một kênh truyền Trái lại, báo hiệu ngoài băng là

sự trao đổi thông tin điều khiển trong một kênh dữ liệu riêng biệt, hoặc gửi các gói tinđiều khiển và các gói dữ liệu một cách riêng biệt ta tập trung vào báo hiệu ngoài băng,

được sử dụng trong hầu hết các giao thức định tuyến MANET Từ phương diện các thựcthể tham gia, báo hiệu mạng có thể phân lớp thành báo hiệu người sử dụng – mạng, mạng– mạng, và người dùng – người dùng Báo hiệu người dùng – mạng liên quan tới các bảntin điều khiển chuyển qua giữa các thiết bị người sử dụng và một nút mạng Báo hiệumạng – mạng là các tín hiệu điều khiển giữa các nút mạng Báo hiệu người dùng – ngườidùng là tín hiệu điều khiển giữa các người sử dụng đầu cuối Các mạng MANET không rõcác điểm khác biệt giữa các thiết bị người dùng và các nút mạng, do đó sự phân biệt báohiệu 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 hiệu INSIGNIA

là một khung làm việc QoS dựa trên IP trọng tải nhẹ hỗ trợ sự dành riêng tài nguyên đầucuối tới đầu cuối INSIGNIA sử dụng báo hiệu trong băng để giảm sự tiêu thụ băng thôngcủa lưu lượng báo hiệu Nó sử dụng cơ chế định thời soft-state để duy trì các sự dànhriêng tài nguyên Cụ thể, mỗi luồng liên quan với một bộ định thời soft-state Bộ định thờisoft-state được làm tươi liên tục giống như các gói dữ liệu liên quan với một lưu lượngđược nhận tại các nút trung gian Nếu các gói dữ liệu không được nhận trong một chu kỳ,trạng thái dành riêng kết thúc và tài nguyên được dừng phân bổ

Một sự đánh giá hiệu năng của INSIGNIA bao gồm tác động của các khoảng thời gianchờ soft-state đối với hiệu suất mạng Các kết quả chỉ ra rằng, cũng như khoảng thời gianchờ tăng lên, khả năng hỗ trợ các dịch vụ thích ứng của INSIGNIA giảm đi Đặc biệt, sựphục hồi sai được quan sát khi các khoảng thời gian chờ nhỏ hơn 2s Để loại bỏ các cấtgiữ và khôi phục sai tài nguyên, một cơ chế thích ứng soft-state timeout được đề xuất đểđiều chỉnh các khoảng thời gian timeout dựa trên tỷ lệ gói dữ liệu trong số đi đến đo được.Dựa trên các hành vi của chúng trong việc cài đặt/duy trì trạng thái, các cơ chế báo

hiệu 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 duy trìtuyến 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 Saukhi dữ liệu truyền đi, không có bản tin HELLO nào được trao đổi giữa các nút lân cậntrong tuyến Báo hiệu reactive thường được phân chia thành ba giai đoạn: báo hiệu khởitạo, báo hiệu duy trì và báo hiệu kết thúc Do đó, các bản tin trong báo hiệu reactive baogồm hai loại, các bản tin kích hoạt cài đặt/loại bỏ trạng thái và các bản tin làm tươi giữcác trạng 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 cơ cấusoft-state Xử lý báo hiệu là không tương quan với chuyển tiếp dữ liệu (hoặc các luồng dữliệu) Ví dụ, xử lý quảng cáo topo trong hầu hết các giao thức định tuyến MANETproactive là xử lý báo hiệu proactivce Các bản tin topo được quảng cáo định kỳ trongmạng 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 báo hiệu.Bên nhận các bản tin như vậy kiểm tra mỗi bản tin cập nhật trạng thái dựa vào nơi chứatrạng thái của chúng Trạng thái mới được cài đặt trong khi trạng thái hiện tại được làmtươi hoàn toàn Tương tự, báo hiệu proactive không gửi các bản tin loại bỏ trạng thái hiện.Thay vào đó, trạng thái lỗi thời bị kết thúc nếu không có sự làm tươi trong một chu kỳ xácđịnh

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 cho các dịch vụ

Internet Soft-state nghĩa là nó có thể được khôi phục lại nhanh chóng dựa trên các cậpnhật định kỳ như sự thay đổi topo mạng (do thiết bị định tuyến và chuyển mạch đang hoạtđộng và không trực tuyến) Trạng thái đòi hỏi tự phục hồi trong trường hợp mạng lỗi, đểtrạng thái tổn thất không dẫn tới nhiều hơn một sự mất tạm thời của dịch vụ đưa ra mà kếtnối tồn tại Báo hiệu soft-state gửi đi một nỗ lực tốt nhất, các bản tin làm tươi định kỳ đểduy trì thông tin trạng thái Trạng thái sẽ thường xuyên mất đi và được xóa bỏ trừ khiđược làm tươi định kỳ bằng việc nhận bản tin báo hiệu chỉ thị giá trị của nó Theo đó, báohiệu soft-state cần không loại bỏ trạng thái rõ ràng nào Từ đó bản tin mất hoặc trạng tháisai lạc có thể được khôi phục lại bằng các bản tin làm tươi đến sau, phân phối bản tinđáng tin cậy là không cần thiết Mặc dù việc trao đổi các bản tin định kỳ, các nút đầu cuốikhôi phục thông tin trạng thái lưu lượng mà mất đi trong một nút thất bại và thúc đẩy cácdịch vụ liên quan với các lưu lượng Lý do cho việc sử dụng và triển khai rộng rãi củanguyên lý thiết kế này là nó làm việc trong nhiều các giao thức internet trong thực tế Cụthể, soft-state có các đặc tính dưới đây:

 Tính mạnh Soft-state có đủ khả năng “sống sót” dù thất bại Các hệ thống xâydựng dựa trên soft-state là tự dàn xếp, từ sự mất các trạng thái phiên có thể dành lạiđược một cách tự động và có thể không dẫn tới sự ngừng dịch vụ lâu dài Các giaothức 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 trạng thái đơn độc(orphaned state)

 Chi phí điều khiển có thể đự đoán Chi phí điều khiển của báo hiệu soft-state đượcquyết định bởi số lượng trạng thái mạng và các nút, mức độ của khả năng kết nốicủa mỗi nút, và các khoảng thời gian làm tươi Tần số của sự trao đổi bản tinkhông thay đổi với các điều kiện mạng Do đó, các giao thức soft-state ít có khảnăng làm tắc nghẽn mạng với lưu lượng báo hiệu khi các điều kiện mạng bấtthường so với tiêu chuẩn

 Đơn giản trong sự thực hiện Một cơ chế soft-state không phụ thuộc vào bất cứ kỹthuật khác, như đo lường mạng hoặc sự phát hiện di chuyển Nó có thể được triển

khai gia tăng mà không có bất cứ nhu cầu nào để thay đổi sự thực hiện hệ thốnghiện tại.

Các đặc trưng của báo hiệu soft-state, tính đơn giảnvà tính thiết thực, khiến softstate làmột sự lựa chọn hấp dẫn để duy trì trạng thái trong các mạng MANET, bao gồm thiết lậpliên 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 cung cấp cácthủ tục hoặc các kỹ thuật thích ứng để thay đổi tần số làm tươi khi topo hoặc hoạt độngmạng thay đổi Do đó, không có đảm bảo hiệu suất trong trường hợp có các biến độngmạng, và chi phí điều khiển không được tối ưu hóa, mà có thể mang lại các vấn đề khảnăng mở rộng và dẫn tới lãng phí tào nguyên Thêm vào đó, tần số làm tươi thường đượccấu hình bằng tay, làm tăng tính phức tạp trong sự suy trì hệ thống đặc biệt dưới các yêucầu 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 trên state Kênh truyền dẫn giữa bên gửi và bên nhận hoạt động như một dịch vụ Trạng tháiphù hợp và trạng thái không phù hợp được đưa vào hệ thống hàng đợi Sử dụng mô hìnhnày, chúng tiến hành phân tích hàng đợi để miêu tả tính nhất quát dữ liệu và hiệu suất cânbằng dưới hàng loạt các tải trọng công việc, các tỷ lệ mất mạng và các tỷ lệ kết thúcphiên Sau đó chúng mở rộng mô hình với hồi tiếp và biểu diễn thông qua mô phỏng việcthêm vào hồi tiếp cải thiện đáng kể tính nhất quán dữ liệu mà không làm tăng sự tiêu thụtài nguyên mạng Cuối cùng một giao thức truyền tải soft-state được đề xuất dựa trên sựphân phối xác suất

soft-Ping đưa ra một phân tích hiệu suất lý thuyết của các giao thức hard-state và softstate, baogồm một phương pháp soft-state hoàn toàn, các phương pháp soft-state với sự loại bỏtrạng thái hiện tại và sự phân phối bản tin tin cậy, và một phương pháp hardstate hoàntoàn Một mô hình Markov thời gian liên tục được phát triển để xác định hiệu suất báohiệu trong các điều kiện nhất quán và giá thành trong các kịch bản báo hiệu multi-hop vàsingle-hop Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc ứng dụng sự loại bỏ trạng thái hiện tại vào trongphương pháp soft-state về bản chất có thể cải thiện hiệu suất báo hiệu trong khi đưa ra chi

phí lưu lượng thêm nhỏ Thêm nữa, việc ứng dụng kỹ thuật phân phối bản tin điều khiểntin cậy vào trong phương pháp soft-state có thể thực hiện tốt hơn phương pháp hard-state.Lui nghiên cứu tỉ mỉ tính mạnh của phương pháp báo hiệu soft-state Nghiên cứu này pháttriển các mô hình đơn giản để so sánh hiệu suất của phương pháp soft-state với phươngpháp hard-state dưới các tình huống như sau: (1) Từ chối dịch vụ (DoS) tấn công, (2) quátải (mất) các kênh truyền thông và (3) quảng bá các phiên với số lượng tham gia biếnđộng Nghiên cứu kết luận rằng, phương pháp hard-state có thể được cấu hình để thựchiện tốt hơn phương pháp soft-state, nếu các điều kiện mạng có thể dự đoán trước Vàphương pháp soft-state mềm dẻo hơn nếu các điều kiện mạng là không được nhận biết.

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:

1 Khi bản tin HELLO từ nút B được nhận bởi nút A, nút A check trong tập liên kếtcủa nó nếu bản tin từ một neighbour hiện tại Nếu không, một entry liên kết mới (B

→ A) được tạo lên và được đánh dấu là bất đối xứng; mặt khác, nút A cập nhậttrạng 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 SYM.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 trạng tháicủa 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 xóm khácnhau cố gắng truyền lưu lượng điều khiển đồng thời), mỗi nút thêm một jitter đã được tạo

ra một cách ngẫu nhiên vào khoảng thời gian mà các bản tin HELLO được tạo

Bởi vì mỗi nút gửi các bản tin HELLO một cách định kỳ, giao thức có thể chịu sự mất bảntin vừa phải mà không yêu cầu sự truyền dẫn tin cậy Những sự mất bản tin như vậy cóthể xảy ra một cách thường xuyên trong các mạng vô tuyến do xung đột hoặc các vấn đềtruyền dẫn khác

b Phát hiện hàng xóm xuyên lớp (Cross-layer Neighbour Detection)

Ngoài cảm biến hàng xóm dựa trên bản tin HELLO truyền thống, khai báo lớp liên kết cóthể được sử dụng để làm tăng tốc độ phát hiện thay đổi liên kết RFC 3626 đề xuất rằngsựu thông báo lớp liên kết có thể tạo điều kiện phát hiện hàng xóm Nếu thông tin lớp liênkết là khả dụng cho lớp định tuyến, cái mà miêu tả khả năng kết nối tới nút láng giềng,thông tin này có thể được sử dụng để duy trì trạng thái neighbour, như các bổ sung cho kếhoạch cảm ứng neighbour dựa trên bản tin HELLO Việc đưa vào các kế hoạch như vậykhông có thêm chi phí điều khiển, nhưng yêu cầu hỗ trợ từ việc thực hiện lớp MAC

c Các tham số hiệu năng

Đối với mỗi nghiên cứu hiệu năng, một tập hợp các tham số hiệu năng cần phải được lựachọn Nói chung, hiệu năng của một hệ thống thường được đo trong thời gian (hoặc sựphản ứng nhanh, tức là thời gian để thực hiện dịch vụ), tỷ lệ (hoặc năng xuất, tức là tỷ lệ

mà dịch vụ được thực hiện) và tài nguyên (hoặc sự tiêu thụ, tức là các tài nguyên đã dùngtrong khi thực hiện dịch vụ) Cụ thể, RFC 2501 định nghĩa một danh sách các tham sốđịnh lượng có thể được sử dụng để đánh giá hiệu năng của các giao thức định tuyếnMANET

 Tỷ lệ phân phối gói tin (Packet Delivery Ratio – PDR) được xem là số liệu đơngiản nhất đối với các giao thức định tuyến MANET PDR là tỷ lệ số gói dữ liệu

được phân phối thành công, tính toán như số các gói dữ liệu nhận được bởi nútđích chia chỉ số gói dữ liệu đã gửi đi bởi nút nguồn

Trong các mạng truyền thông, độ thông qua đầu cuối tới đầu cuối là số lượng dữliệu trên đơn vị thời gian (tức là tốc độ dữ liệu) mà được phân phối thành công quamột mạng, từ một nút tới nút khác qua các liên kết truyền thông Trong nghiên cứunày, nó được tính toán như giá trị của dữ liệu đã chuyển đi (theo byte) chia chothời gian truyền dữ liệu (khoảng thời gian từ gửi gói dữ liệu đầu tiên tới nhận gói

dữ liệu cuối cùng) Độ thông qua của giao thức định tuyến là tốc độ dữ liệu trungbình mà được phân phối thành công qua một mạng chạy giao thức định tuyến Từviệc định tuyến là để khám phá/lựa chọn các tuyến đường trong một mạng theo đó

để gửi các gói dữ liệu, độ thông qua và PDR đo năng suất và hiệu quả của một giaothức định tuyến Đó là, chúng đo số lượng output tạo thành (tức là các gói dữ liệunhận được) trên đơn vị input đã sử dụng (tức là trên mỗi gói tin đã gửi) Nghiêncứu này là đề xuất các thuật toán báo hiệu hiệu quả để cải thiện hiệu năng phânphối gói tin của các giao thức định tuyến MANET Do đó, hiệu suất của các đềxuất của chúng ta có thể được đánh giá tốt nhất bởi việc so sánh độ thông qua địnhtuyến (hoặc PDR) các thuật toán đã đề xuất của các giao thức nguyên thủy

 Chi phí lưu lượng điều khiển đo số lượng tài nguyên đã tiêu thụ (tức là giá thành)trong khi thực hiện các hoạt động định tuyến Các tài nguyên thường bao gồmvòng đời pin và băng thông Nghiên cứu này chỉ chú ý tới sự tiêu thụ băng thông,tức là chi phí lưu lượng điều khiển

Để đo chi phí báo hiệu, chúng ta đo cả số lượng các bản tin định tuyến và số lượngbyte trong các gói tin định tuyến đã truyền phát Chi phí định tuyến thông thường(Normalised routing overhead – NRO) được tính toán để biểu diễn hiệu quả địnhtuyến NRO được định nghĩa như tỷ lệ số lượng các gói tin điều khiển đã phổ biếnbởi mỗi nút trong mạng Pc với số lượng các gói dữ liệu đã phân phối qua mạng Pd

NRO= P c / P d

Do bản chất quảng bá của việc truyền dẫn chi phí điều khiển, chi phí của một giaothức định tuyến MANET được tính toán bởi khối lượng các gói tin điều khiển định