định tuyến trong mạng ad hoc network

Với sự ứng dụng của ad hoc network vào các mạng sẵn có ,ta giảm thiểu được những phiền hà rắc rối về cơ sở vật chất của mạng thông thường : không còn có những đống dây nối mạng , không b

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ nhu cầu sử dụng dịch vụ thông tin liên lạc là sự phát triển mạnh mẽ về cả chất lượng và số lượng các kỹ thuật ứng dụng trong thông tin liên lạc Ad Hoc Network , là một khái niệm mới lạ khi lần đầu nghe thấy đối với em ,nhưng khi tìm hiểu ,em nhận ra rằng mình tiếp xúc với mạng ad hoc mọi lúc mọi nơi nhưng dưới những tên gọi khác mà thôi ,ta thường tiếp xúc với nó với các tên gọi như : bluetooth , wifi ,…

Với sự ứng dụng của ad hoc network vào các mạng sẵn có ,ta giảm thiểu được những phiền hà rắc rối về cơ sở vật chất của mạng thông thường : không còn có những đống dây nối mạng , không bị giới hạn về di chuyển ,không bị giới hạn về số lượng kết nối ,…

Đối với mạng ad hoc , định tuyến ,chất lượng ,băng thông là những vấn đề được đặc biệt quan tâm chú ý

Trong phần này , ta sẽ tập trung tìm hiểu về định tuyến , một số khái niệm về chất lượng và thông lượng

Nhờ có sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thy Linh đã giúp

em hoàn thành đồ án này ,em xin gửi lời cảm ơn tới cô !

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

AD HOC NETWORK

I MOBILITY :

1/ Thế nào là thông tin di động ? 4

2/Các tính năng của mạng di động 5

3/ Cách thức tìm hiểu thông tin di động 5

4/Bốn mức thông tin di động 9

II ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC 1/Giới thiệu chung về Ad Hoc Network 10

2/Định tuyến và chuyển tiếp trong mạng Ad Hoc 13

1/Khái niệm về định tuyến và một số giải pháp định tuyến 13

2/So sánh định tuyến trong mạng ad hoc và mạng cố định 21

3/Các dạng thức định tuyến trong Ad Hoc Network 22

a/Giao thức định tuyến chủ động 22

b/Giao thức định tuyến phản ứng: 23

c/Định tuyến nguồn năng động: (DSR) 23

d/Một vài giao thức định tuyến phân cấp 24

e/AODV: (Ad hoc On demand Distance –Vector Protocol) 24

4/QoS-Quality of Service 30 III TỔNG KẾT

Phần 1 :Giới thiệu về thông tin di động

1/ Thế nào là thông tin di động ?2/Các tính năng của mạng di động 3/ Cách thức tìm hiểu thông tin di động 4/Các kiểu thông tin di động

1/Thế nào là mobility ?

• Mobility – Tính di động được dùng để chỉ chung về các mạng liên lạc không dây ,mà trong đó , các thiết bị kết nối mạng (gọi chung là các node) có khả năng di chuyển trong một phạm vi diện tích địa lý mà vẫn liên kết với mạng ,và sử dụng được các dịch vụ , ứng dụng trong mạng

• Tính di động khiến cho mạng Ad Hoc vượt trội hơn so với các mạng thông thường Tính di động :

 Một thiết bị gọi là có tính di động khi nó có thể di chuyển mà vẫn liên kết được với mạng thông qua sóng điện từ (không cần

• Thông tin di động có thể ứng dụng cho tất cả các mạng

2/Các tính năng của thông tin di động :

Tích hợp di động cho phép các thiết bị như tai nghe ,micro ,các thiết bị đầu cuối di động mà vẫn hoạt động tốt Các thành phần hình thành 1 BAN (Body area network ) hoặc PAN (Personal area network)

Các thiết bị đầu cuối có tích hợp tính năng di động có khả năng thay đổi

vị trí khi đang chạy mà không có sự cố nào xảy ra

Mạng di động cho phép người dùng đồng thời sử dụng liên kết thiết bị đầu cuối và liên kết mạng mà không có trở ngại nào xảy ra

Khả năng thay đổi vai trò cho phép người dùng thay đổi vai trò và truy cập vào các kết nối cá nhân mở rộng hoặc hạn chế

Mạng di động đảm bảo thiết bị đầu cuối hay liên kết mạng hoạt động tốt khi thay đổi vị trí

Mạng di động cho phép di chuyển dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác mà không cần cài đặt

Tính di động thể hiện rõ ở các thiết bị đầu cuối ,nó có thể di chuyển đầu cắm từ nơi này qua nơi khác

3/Những vấn đề cần quan tâm khi tìm hiểu về thông tin di động :

Xác nhận người dùng phải được bổ xung vào để tích hợp thiết bị đầu cuối khi mà người dùng sử dụng nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau

b) Điều khiển đường truyền (ủy quyền )

Một thiết bị di động đã được nhận dạng không có nghĩa là

nó được phép truy cập vào đường truyền

Quản lý đường truyền nhằm ngăn chặn các liên kết bất hợp pháp

c) Đăng ký / Hủy đăng ký

Nhằm thông báo với hệ thống thiết bị rời khỏi khu vực liên kết này chuyển sang khu vực liên kết mới hoặc người dùng sử dụng thiết bị khác để liên kết

Điều này được thực hiện trước hết ở mạng truyền thông hoặc mạng điện thoại di động

d) Sơ lược quản lý người sử dụng

Người dùng có thể chỉnh sửa thông tin của mình từ bất kỳ thiết bị đầu cuối nào ,bất kể thời gian và địa điểm

Các ứng dụng phải được định dạng theo thông tin hồ sơ Điều thách thức ở đây là người chịu trách nhiệm quản lý các hồ sơ này

Hệ thống phải có khả năng xác định thiết bị đầu cuối mà người dùng đang sử dụng

Thiết lập kết nối để truy cập vào tên miền tương ứng Cung cấp dữ liệu cho thiết bị đầu cuối

g) Dịch vụ/khả năng tìm và sử dụng

Khi truy cập một miền người dùng có thể sử dụng các phương tiện như máy in ,máy fax,hoặc các dịch vụ như tìm thông tin của miền ,thời tiết …

Một trong những giải pháp là sử dụng các đại lý dịch vụ

h) Hỗ trợ các ứng dụng di động

CÁC NỘI DUNG CẦN QUAN TÂM KHI TÌM HIỂU VỀ MẠNG DI ĐỘNG

1/Xác định2/Chứng thực3/Kiểm soát truy cập4/Đăng ký

5/Quản lý profile(thông tin cá nhân ) của người dùng6/Dịch vụ (các dịch vụ mà nhà cung cấp mạng có được )7/Cung cấp dịch vụ

8/Khám phá dịch vụ9/Hoạt động của các ứng dụng trên mạng di động

*BỨC TRANH TOÀN CẢNH VỀ ỨNG DỤNG CỦA MẠNG DI ĐỘNG TRONG INTERNET

Các phân chia thứ bậc :

Cố định - Tĩnh (mạng vĩ mô) (macro mobility)

Cố định - Di động (mạng vi mô) (micro mobility)

Cố định - Network (NEMO)Điện thoại di động - Điện thoại di động (Manet)

4/Bốn mức thông tin di động :

1/Mạng marco ( mức 1)

Các nút mạng (node) di chuyển đến một miền hoặc trên toàn cầu (liên miền di động)

Phạm vi bao phủ lớn Khả năng kết nối thấp ,dễ bị ngắt kết nối 2/Mạng micro (mức 2)

Các giao điểm di chuyển trong một miền hành chính đơn (trong nội bộ miền di động )

Phạm vi bao phủ nhỏ hơn so với mạng macro Kết nối nhanh chóng và liên tục , ít bị ngắt 3/Ad hoc mobility (mức 3)

Mạng di động mới ,không cần các cơ sở vật chất căn bản như các mạng khác ,mạng tồn tại ,thay đổi phụ thuộc vào các node ( các thành phần cấu tạo nên mạng )

Hoạt động trong môi trường mạng của chính nóQuá trình di chuyển của các node gây thay đổi thành phần mạng 4/Mạng di động

Kết nối giữa các thành phần mạng không thay đổi khi các node di chuyển

PHẦN 2 : GIỚI THIỆU VỀ AD HOC NETWORK

1 GIỚI THIỆU VỀ AD HOC :

Ad hoc networks là điểm biên cuối cùng của thông tin không dây (thông tin vô tuyến) Công nghệ này cho phép các nodes (điểm nối) mạng truyền trực tiếp với nhau sử dụng bộ thu phát không dây (wireless transceiver) mà không cần bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào Đây là một đặc tính riêng biệt của ad hoc network so với các mạng không dây truyền thống như các mạng chia ô (cellular networks) và mạng WLAN, trong đó các nodes (ví dụ như các thuê bao điện thoại di động) giao tiếp với nhau thông qua các trạm vô tuyến cơ sở (wired radio antennae)

Ad hoc networks được mong đợi sẽ làm cách mạng hóa thông tin không dây trong một vài năm tới bằng việc bổ sung thêm vào các mô hình mạng truyền thống (như Internet, cellular networks, truyền thông vệ tinh – satellite communication) Mạng Ad hoc cũng có thể được xem như những bản sao công nghệ của những khái niệm máy tính thường gặp Bằng việc khám phá công nghệ mạng không dây Ad hoc, những thiết bị cầm tay đủ chủng loại (như điện thoại di động, PDAs, máy tính xách tay, máy nhắn tin “pager”… )

và các thiết bị cố định (như các trạm vô tuyến cơ sỡ, các điểm truy cập Internet không dây, … ) có thể được kết nối với nhau, tạo thành mạng toàn cầu, khắp mọi nơi

Trong tương lai, công nghệ mạng Ad hoc có thể sẽ là lựa chọn rất hữu ích Ví dụ, hãy xem tình huống sau Một cơn động đất khủng khiếp đã tàn phá thành phố của chúng ta, trong đó có hầu hết các cơ sở hạ tầng viễn thông (như các đường điện thoại, trạm vô tuyến cơ sở …) Nhiều đội cứu hộ ( như lính cứu hỏa, cảnh sát, bác sĩ, các tình nguyện viên …) đang nỗ lực để cứu mọi người khỏi cơn động đất và chữa trị cho những người bị thương Để hỗ trợ tốt

hơn cho đội cứu hộ, các hoạt động cứu hộ của họ phải được hợp tác với nhau

Rõ ràng là 1 hoạt động hợp tác như thế chỉ đạt được thành quả khi đội cứu hộ

có thể giao tiếp, thông tin với nhau, cả với đồng nghiệp của mình ( ví dụ 1 cảnh sát với 1 cảnh sát khác) và cả với thành viên của đội cứu hộ khác (ví dụ

1 lính cứu hỏa yêu cầu sự trợ giúp từ 1 bác sĩ)

Với những công nghệ hiện có, những nỗ lực của đội cứu hộ sẽ rất khó thành công khi những cơ sở hạ tầng viễn thông cố định bì tàn phá nặng nề Thậm chí những thành viên của đội cứu hộ này được trang bị máy vô tuyến cầm tay (walkie-talkie) hay các thiết bị tương tự khác trong trường hợp không thể truy cập được với các điểm cố định, chỉ những kết nối giữa những thành viên của đội cứu hộ đứng gần nhau mới thực hiện được Vì vậy, một trong những ưu tiên trong việc quản lý và không chế thảm họa ngày nay là cài đặt lại các cơ sở hạ tầng viễn thông nhanh nhất có thể, bằng cách sửa chữa các thiết bị, kết cấu hư hỏng hay triển khai các thiết bị viễn thông tạm thời

Khó khăn này có thể được giải quyết đáng kể nếu chúng ta áp dụng những công nghệ dựa vào mạng Ad hoc : bằng cách sử dụng các giao tiếp không dây phân tán giữa nhiều điểm truy cập khác nhau, thậm chí các đội cứu

hộ ở cách xa nhau cũng có thể liên lạc với nhau hay liên lạc với các thành viên đội cứu hộ khác ở khoảng giữa như hoạt động của một trạm chuyển tiếp Vì khu vực xảy ra thảm họa sẽ tập trung nhiều đội cứu hộ, nên các liên lạc trong phạm vi thành phố (hay thậm chí là phạm vi cả nước) có thể thực hiện được, cho phép các nỗ lực cứu hộ được hợp tác thành công mà không cần thiết lập lại các cơ sở viễn thông cố định

1/Khái niệm:

- Định tuyến là một quá trình xác định và điều khiển các đường dẫn hoặc

các phương pháp để thiết lập kết nối điện thoại hoặc chuyển tiếp các bản

tin Quá trình định tuyến có thể nói gọn lại thành các bước sau: xác định nguồn ( node truyền tín hiệu ) , xác định điểm cuối ( node nhận tín hiệu ) , tạo liên kết và duy trì liên kết

- Khác với các mạng di động khác ,cần yêu cầu cơ sở hạ tầng nhất định , mạng ad hoc là mạng có tính tùy biến cao, được thiết lập dựa trên các node

di động , không cần đến bộ hỗ trợ trung tâm Việc không cần đến một cơ

sợ hạ tầng nhất đinh vừa là điểm mạnh vừa là điểm yếu của mạng Ad Hoc , trong đó định tuyến là vấn đề đầu tiên được đề cập tới trong mạng ad hoc

- Giao thức định tuyến trong mạng ad hoc có điểm khác biệt so với giao thức mạng có sẵn Internet, vì hầu hết các giao thức Internet được thiết kế

để hỗ trợ định tuyên trong một mạng với cấu trúc định sẵn

- Một vài giải pháp cho việc định tuyến được phân loại thành 6 loại là: table driven, on- demand, hierarchical, power-aware, geographical, and multicast protocols

a Table driven:

o Mỗi node trong mạng sẽ sử dụng 1 bảng định tuyến ,trên bản sẽ cập nhập thông tin về vị trí các node khác trong mạng Thông tin này sẽ được sử dụng để truyền tải thông tin đến các node khác trong mạng

o Để có thể cập nhật thông tin liên tục, các node mạng sẽ gửi 1 thông điệp đặc biệt “hello”, thông điệp này chứa đựng địa chỉ của các node đó Ngay khi vừa nhận được thông điệp, mỗi node sẽ cập nhật bảng định tuyến với địa chỉ mới của những node trong mạng.

o Những node trọng mạng di động ad hoc làm việc với công suất thấp và

có băng thông giới hạn Nhưng đặc điểm của mạng Ad Hoc là tính di động cao, bảng định tuyến rộng và khả năng ít leo thang dẫn đến việc tiêu tốn băng thông và năng lượng pin của mỗi node Hơn thế nữa, việc cập nhật liên tục có thể gây ra những tiêu đề mạng không cần thiết(tiêu đề: phần truyền dẫn chứa các thông tin điều khiển truyền dẫn)

b Interior and exterior routing in the Internet :

o Interior routing: là những quá trình định tuyến xảy ra trong một hệ

thống độc lập

o Exterior routing: là quá trình định tuyến xảy ra kết nổi giữa 2 hệ thống

độc lập với nhau

c Distance Vector routing: (DV)

o Mỗi node có một ma trận (hay một vector)

o Mỗi node duy trì một tổ hợp bộ 3: destination, cost, nexthop

Trong đó : destination: đích đến

cost: độ dài đường đi mà gói tin sẽ được gửi nexthop: hop tiếp theo hay gateway, địa chỉ của trạm kế tiếp để gói tin được gửi thông qua để đến điểm đích của nó

- Sự cập nhật được trao đổi trực tiếp giữa 2 trạm được kết nối với nhau.Sự trao đổi này có thể là trong một khỏang thời gian hoặc bất cứ khi nào bảng định tuyến thay đổi

- Mỗi sự cập nhật mới này bao gồm một list của cặp Destination và Cost

- Bảng định tuyến cập nhật một khi một bộ router được phát hiện.

- Làm mới những bảng định tuyến đang tồn tài- loại bỏ nếu như chúng đang tạm nghỉ

- Không một trạm nào nắm giữ tất cả thông tin Nghĩa là thông tin được chia đều trên mọi trạm hoặc trạm này giữ ít hơn , trạm khác giữ nhiều hơn

- Giao thức dịnh tuyến vector được sử dụng trong RIP ( Routing Information Protocol)

d Link state routing:

• 2 bước thủ tục :

o Mỗi node nguồn lấy thông tin cấu hình mạng của tất cả các node và tham số kết nối(trạng thái kết nối) của toàn bộ mạng

o Mỗi quá trình định tuyến xây dựng một cấu hình mạng và tìm con đường ngắn nhất để gửi tin đến tất cả các node đích.

• Trong link state routing, mỗi bộ định tuyến cần phải:

o Tìm những địa chỉ của những router lân cận và địa chỉ mạng của chúng

o Tính toán được khỏang cách để đến những router lân cận

o Gửi gói tin đến những router với những thông tin có ở trên( không phải toàn bộ trong bảng định tuyến)

o Khi một kết nối mạng thay đổi( lên xuống), một khai báo, được gọi là LSA (link state advertisement) được chảy rộng khắp xuyên suốt trong mạng Tất cả bộ định tuyến nhận ra sự thay đổi, và ước tính lại đường truyền của chúng.

o Ưu điểm: độ tin cậy cao, tìm và khắc phục lỗi dễ dàng hơn và ít tốn băng thông

o Khuyết điểm: phức tạp và đòi hỏi nhiều bộ nhớ và nhiều sự ước tính

- OSPF là một trong những link state routing protocols

- OSPF: ước tính khoảng cách ngắn nhất đến tất cả các router còn lại

So sánh giữa DV và LS routing:

• Distance-Vector

o Tính toán khoảng cách tới tất cả các nodes

o Chia sẻ thông tin với các nodes lân cận

• Link-State

o Tính toán khoảng cách tới các nodes lân cận

o Chia sẻ thông tin với tất cả các nodes

DV routing

Mỗi router gửi thông tin định tuyến đến

những router lân cận của nó.

Thông tin định tuyến được gửi là sự ước

tính khoảng cách đến tất cả những route

hoặc những phân mạng.

Thông tin của những router lân cận được

gửi trên cơ sở định kỳ và thường xuyên, và

thông tin chỉ được gửi khi sự thay đổi xảy

ra.

Một bộ router xác định thông tin của router

kế tiếp bằg cách sử dụng thuật toán phân

phối Bellman-Ford trên tuyến đường chi

Một router trước tiên xây dựng mô hình mạng topo của một mạng internet và sử dụng thuật toán Dijkstra để xác định thông tin của router kế tiếp nó

2/So sánh định tuyến trong mạng ad hoc và mạng cố định :

o Sự khác nhau giữa định tuyến trong mạng MANETs và mạng cố

định là:

 Đối với giao thức định tuyến:

• sự di động của các nodes Thích nghi với sự thay đổi thường xuyên và không thể đoán trước của sự thay đổi mạng topo ( Do thành phần cấu thành mạng là các nodes ,và khi nodes di chuyển thì cấu trúc mạng cũng thay đổi theo )

• Tỉ lệ kết nối hỏng/sửa chửa cao khi các node trong mạng di chuyển