Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM và DSR trong mạng MANET

Trong trường hợp phải gửi lại gói tin tới chính đích E và nếu trong bộ nhớ tuyến của node A có một tuyến khác tới E ví dụ từ các bản tin trả lời tuyến từ các thủ tục khám phá tuyến trước

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Đình Dũng – bộ môn

mạng và truyền thông đã giúp đỡ em hoàn thành bài báo cáo này

Là một sinh viên chuyên ngành mạng, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ phía các thầy cô trong bộ môn từ việc chọn đề tài cho đến hoàn chỉnh bài báo cáo Em cũng nhận thấy được sự tâm huyết và nhiệt tình của các thầy cô và đặc

biệt là của thầy Th.S Nguyễn Đình Dũng – giáo viên hướng dẫn của em, giúp

em biết được rằng mình cần phải cố gắng nhiều hơn nữa trong học tập và nghiên cứu

Dưới đây là bài báo cáo của em, tuy em đã cố gắng song không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và bạn bè cho đề tài của em hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Sinh viên

Vũ Thị Thanh Thảo

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan:

Những nội dung trong đồ án này là do bản thân em thực hiện dưới sự

hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đình Dũng.

Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

Mọi sao chép không hợp lệ hoặc có bất kì thông tin sai lệch nào, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Hội Đồng

Sinh viên

Vũ Thị Thanh Thảo

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

LỜI NÓI ĐẦU 8

MỞ ĐẦU 11

1 Xu thế phát triển của công nghệ thông tin ngày nay 11

2 Tính cấp thiết của đề tài 12

3 Mục tiêu của đề tài 13

4 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài 13

CHƯƠNG 1 15

MẠNG MANET VÀ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET 15

1.1 Lịch sử phát triển 15

1.2 Các đặc điểm chính của mạng MANET và ứng dụng 16

1.2.1 Các đặc điểm chính 16

1.2.2 Các ứng dụng 16

1.3 Vấn đề định tuyến trong mạng MANET 17

1.3.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống 17

1.3.2 Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET18 1.4 Phân loại mạng Manet 19

1.4.1 Phân loại mạng MANET theo cách thức định tuyến 19

- Thường có 7 tần số được dùng lại 19

- Mỗi node gần nhau thường có tần số khác nhau .19

- Trong mỗi node những đường đơn chuyên dụng được sử dụng để chỉ dẫn sự chuyển động của node đó 19

20

1.4.2 Phân loại mạng MANET theo chức năng của node 21

1.5 Giao thức định tuyến trong Manet 23

1.5.1 Định tuyến theo bảng (proactive) 23

1.5.2 Định tuyến theo yêu cầu (reactive) 24

1.5.3 Giao thức định tuyến lai ghép 25

CHƯƠNG 2 .26

GIAO THỨC DSR VÀ DREAM TRONG MẠNG MANET 26

2.1 Giao thức DSR (Dynamic Source Routing) 26

2.1.1 Khám phá tuyến 27

2.1.2 Duy trì tuyến 30

2.1.3 Các tính năng phát hiện tuyến gia tăng 31

2.1.4 Các tính năng duy trì tuyến gia tăng 34

2.1.5 Kết luận 36

2.2 Giao thức DREAM 36

2.2.1 Giới thiệu 36

2.2.2 Lan truyền thông tin vị trí 38

2.2.3 Mô hình mẫu của DREAM 40

2.2.4 Thuật toán DREAM 42

2.3 Một số giao thức định tuyến khác 46

2.3.1 Giao thức Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) 46

2.3.2 Giao thức TORA 47

CHƯƠNG 3 .50

MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC DREAM VÀ DSR TRÊN PHẦN MỀM NETWORKSIMULATOR – 2 50

3.1 Tổng quan về NS2 50

3.1.1 Kiến trúc của NS2 50

- Các modun trợ giúp thiết lập mạng (modun Plumbing) 51

- Khởi tạo bộ lập lịch sự kiện 51

- Thiết lập mô hình mạng dùng các đối tượng thành phần mạng 52

- Báo cho nguồn traffic khi nào bắt đầu truyền và ngưng truyền packet trong Bộ lập lịch sự kiện 52

- Tổ chức bộ định thời mô phỏng 52

- Hủy các sự kiện trong hàng đợi sự kiện 52

- Triệu gọi các thành phần mạng trong mô phỏng 52

- File name trace ( file.nam) được dùng cho công cụ Minh họa mạng Nam .52

- File Trace (file.tr) được dùng cho công cụ lần vết và giám sát mô phỏng XGRAPH hay TRACEGRAPH 52

- NAM Visual Simulation: Mô phỏng ảo NAM 52

- Tracing and Monitoring Simulation: Mô phỏng lần vết và giám sát 52

Bằng cách sử dụng C++/OTcl, bộ mô phỏng mạng phải hoàn toàn là hướng đối tượng 53

- Mô phỏng những thông số hay cấu hình thay đổi 54

- Cấu hình, thiết lập những gì chỉ làm 1 lần 54

- Thực hiện những cái ta muốn bằng cách thao tác trên các đối tượng C++ đang tồn tại 54

3.1.2 Đặc điểm của NS-2 55

3.1.3 Các thành phần cấu hình mạng trong NS-2 55

3.1.4 Ứng dụng trong NS-2 60

3.1.5 Các Agent chính trong NS2 63

3.1.6 Ngôn ngữ mô phỏng trong NS2 65

3.2 Xây dựng các kịch bản mô phỏng giao thức 69

3.2.1 Công cụ để phân tích kết quả mô phỏng 70

3.2.2 Kết quả mô phỏng của giao thức DREAM 72

3.2.3 Kết quả mô phỏng của giao thức DSR 72

KẾT LUẬN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 75

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 0.1: Định tuyến Single-hop 20

Hình 1.2: Định tuyến Multi-hop 20

Hình 1.3: Mô hình mạng phân cấp 22

Hình 1.4: Mô hình mạng Aggregate 23

Hình 1.5: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Manet 23

27

Hình 2.1: Khám phá tuyến trong DSR 27

Hình 2.2: Duy trì tuyến, node C không thể chuyển tiếp từ A đến E qua liên kết tới bước nhảy tiếp theo D của nó 30

Nếu gói tin được truyền lại qua một số chặng và vượt quá số lần cực đại cho phép mà vẫn chưa nhận được khẳng định từ node tiếp theo, node này sẽ gửi bản tin báo lỗi tuyến RERR quay trở lại node đã gửi bản tin ban đầu để xác minh tuyến bị lỗi từ node nào Ví dụ trong hình trên: Nếu node C không thể truyền tin đến node D tiếp theo, C sẽ gửi bản tin RERR về node A và tường trình rằng tuyến từ C đến D bị đứt Khi đó A sẽ xóa đường liên kết bị lỗi này khỏi bộ nhớ tuyến của nó Việc truyền lại bản tin ban đầu bây giờ là nhiệm vụ và chức năng của các thủ tục lớp cao hơn như TCP Trong trường hợp phải gửi lại gói tin tới chính đích E và nếu trong bộ nhớ tuyến của node A có một tuyến khác tới E (ví dụ từ các bản tin trả lời tuyến từ các thủ tục khám phá tuyến trước đó hoặc là từ việc nghe lỏm được các thông tin định tuyến từ các gói tin khác) thì nó sẽ gửi ngay gói tin sử dụng tuyến mới đó Nếu không nó sẽ thực hiện một thủ tục khám phá tuyến mới tới đích E nói trên 30

Hình 2.3: Những giới hạn trong việc lưu thông tin định tuyến overhead 32

Hình 2.4: Hồi âm RR sử dụng các tuyến đã lưu 33

Hình 2.5: Giới hạn bước Router Request 34

Hình 2.6: Các node mạng kết nối thông qua các sóng ngắn 35

Hình 2.7: x là khoảng cách lớn nhất mà node R có thể đi trong t – t ₁ ₀ 42

Hình 2.8: Quá trình dò tìm đường đi từ node nguồn đến node đích của giao

thức AODV 47

Hình 2.9: Mô hình nước chảy trong mạng với giao thức TORA 48

Hình 3.1: Mô hình đơn giản của NS 51

Hình 3.2: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong Nam 52

Hình 3.3: Kiến trúc của NS-2 53

Hình 3.4: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B 53

Hình 3.5: Cấu trúc Heap giảm 57

Hình 3.6: Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 30 72

Hình 3.7: Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 30 72

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng cũng như công nghệ của các thiết bị di động kéo theo nhu cầu của người sử dụng công nghệ không dây ngày càng cao và đa dạng Vì vậy để đáp ứng được xu thế đó, mạng thông tin không dây ngày nay phải gánh vác trọng trách lớn hơn là giải quyết vấn đề về lưu lượng

đa phương tiện, tốc độ cao, chất lượng ngày càng phải tốt hơn Song song với yêu cầu hỗ trợ đa phương tiện với chất lượng dịch vụ (QoS) đảm bảo, các công nghệ giao tiếp không dây khác nhau đã xuất hiện Đặc biệt thu hút những sự quan tâm trong mạng không dây đó là loại hình mạng phi cấu trúc MANET (Mobile Adhoc Network) với khả năng kết nối đơn giản, hiệu quả, có nhiều đặc trưng ưu việt phù hợp với xu thế phát triển hiện nay

Trong MANET, các node khi tham gia vào mạng có thể di chuyển tự do, do vậy cấu hình mạng gồm nhiều chặng có thể thay đổi ngẫu nhiên và liên tục tại bất

kì thời điểm nào, và có thể bao gồm cả liên kết song hướng và một hướng Trong mạng MANET các node mạng có thể kết nối với nhau mà không cần đến các trạm thu phát, các node mạng có thể di chuyển tự do trong cấu trúc mạng do đó

nó có tính chất di động cao và do đó làm giảm bớt sự phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng, làm cho mạng phát triển dễ dàng Đặc biệt mạng MANET là mạng phi cấu trúc không có thực thể quản lý tập trung đảm bảo việc tham gia hay ngắt kết nối mạng tiện lợi và không làm sập hệ thống mạng Việc tham gia vào hệ thống mạng nhanh chóng và đơn giản phù hợp với các cuộc họp, hội nghị… Không cần thiết kế lắp đặt hệ thống các trạm thu phát, dây dẫn…

Bên cạnh đó, vấn đề định tuyến trong mạng MANET lại là một vấn đề phức tạp do cấu trúc mạng có thể thay đổi thường xuyên (cấu trúc động) Các node có thể tham gia kết nối hoặc hủy bỏ kết nối bất cứ lúc nào Có nhiều giao thức định tuyến sử dụng trong mạng MANET, tùy thuộc vào yêu cầu khi sử dụng Khẳng định mỗi giao thức có những ưu điểm và tính khả dụng riêng, với những kiến thức thu thập được sau 5 năm học tập tại trường em đã chọn đồ án:

“Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM và DSR trong mạng MANET ”

Nội dung của đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng MANET và các giao thức định tuyến

trong mạng MANET

Nội dung: Tổng quan về mạng MANET, giới thiệu các khái niệm, đặc điểm, ứng dụng của mạng MANET

Chương 2: Giao thức DSR và DREAM trong mạng MANET

Nội dung: Tổng quan về giao thức định tuyến DSR và giao thức định tuyến DREAM trong mạng MANET

Chương 3: Mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM và DSR trên

BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DREAM Distance Routing Effect Algorithm For

MobilityPerl Practical Extraction and Report Language

MỞ ĐẦU

1 Xu thế phát triển của công nghệ thông tin ngày nay

Đối với thị trường Khoa Học & Công Nghệ, Công Nghệ Thông Tin có thể hỗ trợ việc nắm bắt xu hướng phát triển của các ngành Khoa Học & Công Nghệ trên thế giới Việc này rất quan trọng đối với những nước hạn chế về vốn đầu tư, thị trường tài chính chưa đủ mạnh như Việt Nam Dù tổng lượng vốn đầu tư có hạn nhưng chúng ta vẫn có thể có những quyết sách đầu tư hiệu quả

Dịch vụ tài chính, ngân hàng, bảo hiểm…, đây là những lĩnh vực rất sôi động diễn ra hằng ngày trên thế giới liên quan tới việc luân chuyển dòng vốn tư bản toàn cầu giữa các thị trường tài chính Bằng sự cộng tác giữa giới Công Nghệ Thông Tin và chuyên gia tài chính trong nước, khả năng cạnh tranh của các tổ chức tài chính của Việt Nam có thể được cải thiện đáng kể bằng sự hỗ trợ của ngành Công Nghệ Thông Tin Tập trung vào khả năng gia công một phần quy trình dịch vụ cho đối tác nước ngoài và qua đó nâng cao kỹ năng, tiếp cận mặt bằng tri thức và công nghệ trong lĩnh vực tài chính của nhân lực trong nước.Giảm thời gian đưa ra quyết định do khả năng tính toán của các hệ thống thông tin và băng thông của hạ tầng viễn thông hiện nay

Tăng cường chính xác và khả năng đánh giá rủi ro trong các quyết định tài chính Điều này có thể thực hiện được bằng việc chuyển hóa các tri thức, bí quyết, kinh nghiệm trong việc đầu tư tài chính thành các phần mềm chuyên dụng, phân tích, đánh giá các dữ liệu và rủi ro tài chính

Một nền công nghiệp phần mềm mạnh sẽ là đòn bẩy hiệu quả cho các ngành kinh tế khác Tập trung khả năng ứng dụng của Công Nghệ Thông Tin vào các ngành dịch vụ quan trọng, đang gây ảnh hưởng lớn tới khả năng cạnh tranh của mỗi quốc gia Ưu tiên là dịch vụ tài chính Hay nói cách khác phát triển Công Nghệ Thông Tin sẽ là tiền đề cho sự phát triển kinh tế sau này của đất nước nên

nó cần được chú trọng hơn

2 Tính cấp thiết của đề tài

Trong hệ thống thông tin liên lạc hiện nay, người ta thường trao đổi với nhau qua mạng có dây (Wired) và mạng không dây (Wireless) Với mạng máy tính có dây đã ra đời khá lâu và có công dụng to lớn cho nhu cầu phát triển chung của xã hội Tuy nhiên, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, thì mạng có dây bắt đầu bộc lộ những hạn chế của nó Khi những thiết bị di động như Laptop, PDA,… ra đời thì mạng có dây đã không thể đáp ứng hết tất cả

ưu điểm của các thiết bị đó Cùng với sự hỗ trợ của các thiết bị vô tuyến như PDA, pocket PC, Smartphone, mạng không dây cũng không ngừng phát triển Hàng loạt chuẩn mạng không dây được ra đời, từ các thế hệ 2G, 3G của điện thoại di động, đến các chuẩn IrDA, Open Air, BlueTooth và các chuẩn của Wireless Lan như IEEE 802.11, HiperLan

Mạng không dây giúp các thiết bị di động được sử dụng một cách hiệu quả, thuận tiện hơn và có những đặc tính nổi bật như sau:

+ Hệ thống mạng không dây có khả năng cơ động cao, các thiết bị có thể di chuyển một cách tùy ý mà vẫn có thể truy cập mạng và có thể trao đổi dữ liệu với nhau

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

+ Mạng không dây có ưu thế trong những hoàn cảnh như: hội nghị, hội thảo, hội chợ thương mại, truy cập internet ở những nơi công cộng, rất thuận tiện cho những người tham gia, không phụ thuộc vào vị trí địa hình, nên rất dễ dàng triển khai lắp đặt

Tuy nhiên, mạng không dây còn có những hạn chế về giá cả cũng như về mặt kỹ thuật: như tỷ lệ lỗi, băng thông, bán kính phủ sóng còn hạn chế, thiết bị phần cứng còn đắt, tuổi thọ pin còn thấp, khả năng bảo mật chưa cao

Hiện nay, Wireless LAN với công nghệ Wifi là công nghệ nổi bật đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới Một trong những xu hướng trong tương

lai của mạng Wireless LAN là mạng Mobile Ad-hoc Network (MANET: mạng tùy biến không dây).

3 Mục tiêu của đề tài

Ngày nay, mạng máy tính đang ngày càng phát triển không ngừng và trở nên tiện dùng kèm theo đó là tính phức tạp cồng kềnh không kém Các dự án nghiên cứu, xây dựng và phát triển môi trường giả lập mạng chỉ mới đề cập và quan tâm đúng mức trong thời gian gần đây Muốn xây dựng các công cụ mạnh đáp ứng được nhu cầu phát triển của mạng thì cần có các công cụ hỗ trợ mạnh

mẽ (như C++, Java…) Đặc biệt đối với ngành mạng máy tính ở nước ta thì đây

là một lĩnh vực khá mới mẻ

Đề tài “Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM

và DSR trong mạng MANET” không nằm ngoài xu hướng phát triển chung, đặc biệt khi ngày nay mạng không dây di động đang ngày càng tỏ rõ đặc tính nổi bật của mình đó là khả năng cơ động cao, có thể di chuyển một cách tùy ý mà vẫn có thể truy cập mạng và trao đổi dữ liệu với nhau

Để không nằm ngoài xu hướng phát triển chung trên, đề tài tập trung nghiên cứu các giao thức và các môi trường giả lập mạnh, thông dụng, có khả năng được phát triển hơn trong tương lai Và đây cũng là mục đích chính của đề tài mà em tìm hiểu

Đề tài có ý nghĩa thực trong việc nghiên cứu và phát triển môi trường giả lập mạng, đồng thời xây dựng nên một cơ sở nền tảng lý thuyết về xây dựng môi trường và các công cụ giả lập mạng

4 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Với đặc tính có thể hoạt động không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng, triển khai nhanh, linh hoạt ở mọi vị trí địa hình khác nhau, mạng MANET đang

là tâm điểm nghiên cứu đầy triển vọng, sẽ là công nghệ đột phá trong tương lai với nhiều ứng dụng hữu ích vào cuộc sống, thí dụ kết nối mạng truyền thông cho các các vùng mới xảy ra thiên tai hoặc ứng dụng cho lĩnh vực quân sự

Đề tài tập trung đi sâu nghiên cứu về mạng MANET, kết hợp phân tích trên

lý thuyết cùng thực nghiệm mô phỏng để tìm ra và cách thức hoạt động của giao thức mạng ở các mức độ khác nhau

Nội dung cụ thể gồm:

- Tìm hiểu sâu về mạng MANET, trong đó chủ yếu xem xét tới các giao thức định tuyến

- Tìm hiểu sâu về các giao thức DREAM và DSR trong mạng MANET

- Xây dựng môi trường mô phỏng, đưa các giao thức định tuyến trong mạng MANET vào mô phỏng thông qua NS-2

di chuyển một cách tự do theo mọi hướng, do đó liên kết của nó với các thiết bị khác cũng thay đổi một cách thường xuyên.

Nguyên lý làm việc của mạng Ad-hoc bắt nguồn từ năm 1968 khi các mạng ALOHA được thực hiện Tuy các trạm làm việc là cố định nhưng giao thức ALOHA đã thực hiện việc quản lý truy cập kênh truyền dưới dạng phân tán, đây

là cơ sở lý thuyết để phát triển kỹ thuật truy cập kênh phân tán vào mạng Ad-hoc.Năm 1973 tổ chức DARPA đã bắt đầu làm việc trên mạng vô tuyến gói tin PRnet Đây là mạng vô tuyến gói tin đa chặng đầu tiên Trong đó các node hợp tác với nhau để gửi dữ liệu tới một node nằm ở xa khu vực kết nối thông qua một node khác Nó cung cấp cơ chế cho việc quản lý hoạt động trên cơ sở tập trung

và phân tán

Một lợi điểm của làm việc đa chặng so với đơn chặng là triển khai đa chặng tạo thuận lợi cho việc dùng lại tài nguyên kênh truyền về cả không gian, thời gian

và giảm năng lượng phát cần thiết

Sau đó có nhiều mạng vô tuyên gói tin phát triển nhưng các hệ thống không dây này vẫn chưa bao giờ tới tay người dùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời IEEE đã đổi tên mạng vô tuyến gói tin thành mạng Ad-hoc

1.2 Các đặc điểm chính của mạng MANET và ứng dụng

1.2.1 Các đặc điểm chính

Mỗi node di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm

về nguồn năng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau Chúng có thể di chuyển

về mọi hướng theo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính của mạng MANET như sau:

- Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn luôn biến đổi theo các mức độ

di chuyển của node mạng

- Khoảng cách sóng ngắn: Khoảng cách sóng của các thiết bị di động là rất

hạn chế

- Năng lượng hạn chế: Tất cả các thiết bị di động đều sử dụng pin nên khi

tham gia vào mạng MANET chúng bị hạn chế về năng lượng, khả năng xử lý của CPU, kích thước bộ nhớ

- Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so

với đường truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hưởng của sự nhiễu, suy giảm tín hiệu, các điều kiện giao thoa vì thế mà thường nhỏ hơn tốc độ truyền lớn nhất của sóng vô tuyến

- Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi

trường không khí, điều này khiến cho cơ chế bảo mật kém hơn so vơi môi trường truyền cáp vì nó tiềm ẩn nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đường truyền, giả mạo, DoS, …

1.2.2 Các ứng dụng

Quân sự: Hoạt động phi tập trung của mạng Ad-hoc và không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng là một yếu tố thiết yếu đối với lĩnh vực quân sự, nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạ tầng mạng bị phá hủy Lúc này mạng Ad-hoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thông liên lạc với nhau một cách nhanh chóng

Trường học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Ad-hoc trong trường học, lớp học, thư viện, hay trên sân trường, … để kết nối các thiết bị di động

(laptop, smartphone) lại với nhau, giúp sinh viên, thầy cô giáo có thể trao đổi bài một cách nhanh chóng thông qua mạng Ad-hoc vừa tạo.

Gia đình: Tại nhà bạn có thể tạo nhanh mạng Ad-hoc để kết nối các thiết bị

di động của bạn với nhau, nhờ đó ta có thể di chuyển tự do mà vẫn đảm bảo kết nối truyền tải dữ liệu

Kết nối các thiết bị điện tử với nhau: Trong những năm tới khi mà các thiết

bị điện tử đều được gắn các giao tiếp không dây, giúp chúng có thể trao đổi giao tiếp với nhau thì mạng Ad-hoc sẽ rất phù hợp để tạo nên một hệ thống thông mình có khả năng liên kết với nhau

1.3 Vấn đề định tuyến trong mạng MANET

1.3.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống

Các giao thức định tuyến truyền thống thường sử dụng hai giải thuật:

 Distance Vector: RIP, IGRP,

Nguyên tắc hoạt động: Mỗi router sẽ gửi bảng định tuyến của mình cho tất

cả các router được nối trực tiếp với nó Các router đó so sánh với bảng định tuyến mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường của mình với các tuyến đường mới nhận được, tuyến đường nào tối ưu hơn sẽ được đưa vào bảng định tuyến Các gói tin cập nhật sẽ được gửi theo định kỳ (30 giây với RIP, 90 giây đối với IGRP)

 Link state: OSPF, IS-IS

Nguyên tắc hoạt động: Các router không gửi bảng định tuyến của mình, mà chúng chỉ gửi tình trạng của các đường liên kết trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (linkstate-database) của mình đi cho các router khác, các router sẽ áp dụng giải thuật SPF (shortest path first), để tự xây dựng bảng định tuyến riêng cho mình Khi mạng đã hội tụ, các giao thức Link state sẽ không gửi cập nhật định kỳ

mà chỉ gửi khi nào có sự thay đổi trong mạng (một đường bị down, cần sử dụng đường dự phòng)

Ưu điểm:

Có thể thích nghi được với đa số hệ thống, cho phép người thiết kế có thể thiết kế mạng linh hoạt, phản ứng nhanh với tình huống xảy ra Do không gửi cập nhật định kỳ như Distance Vector, nên Link State bảo đảm được băng thông cho các đường mạng

Nhược điểm:

- Do router phải xử lý nhiều, nên chiếm nhiều bộ nhớ, tốc độ CPU chậm hơn nên tăng độ trễ

- Việc sử dụng các giao thức định tuyến truyền thống trong mạng MANET

sẽ dẫn đến rất nhiều vấn đề trở ngại cần giải quyết:

+ Tiêu tốn năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhập định kỳ như trong giao thức định tuyến Distance Vector

+ Tiêu tốn băng thông mạng cho các cập nhập định kỳ

+ Làm quá tải bộ vi xử lý của thiết bị: Khi các thông tin cập nhật,

số node mạng tăng lên

+ Tạo ra nhiều đường đi dư thừa

1.3.2 Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET

Các giao thức định tuyến trong mạng MANET cần đảm bảo:

- Thích ứng nhanh khi topo mạng thay đổi: Khi đó các node mạng di chuyển nhanh, yêu cầu kết nối tăng lên thì các giao thức hoạt động theo cơ chế tiếp cận tập trung sẽ giảm hiệu quả rõ rệt do phải tốn nhiều thời gian để thu thập

thông tin về trạng thái hiện tại và phát tán lại nó Trong khi đó cấu hình mạng có thể đã thay đổi khác đi rồi

- Đảm bảo hiệu quả trong môi trường truyền khi các node đứng yên Lúc này topo mạng là cố định không thay đổi nên các giao thức định tuyến chỉ cần gửi các cập nhật khi có yêu cầu hoặc mạng thay đổi như việc một node nào đó tắt kết nối

- Không có lặp định tuyến: Cần ngăn chặn hiện tượng này, bởi vì khi đó các gói tin bị định tuyến sai, dẫn đến việc bị truyền quay vòng liên tục trong một

số kết nối mạng, khiến cho băng thông mạng và các tài nguyên khác như năng lượng nguồn nuôi bị tiêu tốn vô ích

- Bảo mật: Việc định tuyến trong mạng MANET có nguy cơ bị tấn công

dễ dàng bằng các phương pháp như xâm nhập đường truyền, phát lại, thay đổi các gói tin tiêu đề, điều hướng các thông điệp định tuyến Do đó khi thiết kế các giao thức định tuyến cần phải có phương pháp để phát hiện được và ngăn chặn các loại tấn công

1.4 Phân loại mạng Manet

1.4.1 Phân loại mạng MANET theo cách thức định tuyến

Theo tiêu chí phân loại là cách thức định tuyến thì mạng MANET được

chia thành hai kiểu là Single-hop và Multi-hop Ngoài ra, còn có định tuyến Mobile Multi-hop

 Single-hop

Đây là loại mô hình mạng Ad-hoc đơn giản nhất Ở đó tất cả các node đều nằm trong cùng một vùng phủ sóng (các node có thể kết nối trực tiếp với các node khác mà không cần phải qua node trung gian) Một số đặc điểm của mạng MANET kiểu Single-hop là:

- Thường có 7 tần số được dùng lại

- Mỗi node gần nhau thường có tần số khác nhau

- Trong mỗi node những đường đơn chuyên dụng được sử dụng để chỉ dẫn sự chuyển động của node đó

Hình 1.2: Định tuyến Multi-hop

Các node có thể định tuyến đến node khác thông qua các node trung gian trong mạng.

- Sử dụng giao thức chung là Floor Acquisition Multiple Access (FAMA) class of protocols

- 802.11 DCF (Distributed Coordination Function) protocol là rất hiệu quả Đây là một CSMA/CA thực sự

 Mobile Multi-hop

Mô hình này là sự mở rộng của mô hình thứ hai với một chút khác biệt:

Mô hình này tập trung vào các ứng dụng có tính chất thời gian thực như: Audio, video

1.4.2 Phân loại mạng MANET theo chức năng của node

 Mạng MANET đẳng cấp (Flat)

Trong kiến trúc này, tất cả các node có vai trò ngang hàng với nhau ( peer) và các node cũng đóng vai trò như các router dùng để định tuyến các gói dữ liệu truyền trên mạng Trong những mạng lớn thì kiến trúc Flat không tối ưu việc

peer-to-sử dụng tài nguyên băng thông của mạng vì những thông điệp điều khiển (control message) phải truyền trên toàn bộ mạng Tuy nhiên, nó thích hợp trong những topo mà các node di chuyển nhiều

 Mạng MANET phân cấp (Hierarchical)

Mạng MANET phân cấp (Hierarchical) là mô hình mạng được sử dụng phổ biến nhất trong mạng MANET Mạng chia làm các domain, trong mỗi domain bao gồm một hoặc nhiều cluster với mỗi cluster bao gồm một hoặc nhiều node Có 2 loại node:

- Master node: Là node quản trị một cluster và có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của các node trong cluster đến các node trong các cluster khác và ngược lại

- Normal node: Là các node trong cùng một cluster và chỉ có thể kết nối với các node trong cùng một cluster hoặc kết nối với các node trong các cluster khác thông qua master node

Hình 1.3: Mô hình mạng phân cấp

Với cơ chế trên, mạng sử dụng tài nguyên băng thông mạng hiệu quả hơn nhiều 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

 Mạng MANET kết hợp (Aggregate)

Trong kiến trúc mạng này, mạng phân thành các zone và các node được chia vào trong các zone Nên mỗi node bao gồm hai mức topo (topology) là topo mức thấp và topo mức cao Ngoài ra, mỗi node còn đặc trưng bởi hai số ID là node ID và zone ID Trong một zone có thể áp dụng kiến trúc đẳng cấp hoặc kiến trúc phân cấp

Hình 1.4: Mô hình mạng Aggregate 1.5 Giao thức định tuyến trong Manet

Một trong những phương thức phổ biến nhất để phân loại các giao thức định tuyến cho mang Ad-hoc là dựa trên việc thông tin định tuyến được tập hợp

và được duy trì như thế nào bởi các node di động Sử dụng phương thức này, các giao thức định tuyến cho mạng Ad-hoc được phân chia như bảng sau:

Hình 1.5: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Manet 1.5.1 Định tuyến theo bảng (proactive)

Trong phương pháp định tuyến theo bảng, các node trong mạng MANET liên tục đánh giá các tuyến tới các node để duy trì tính tương thích, cập nhật của

thông tin định tuyến Vì vậy, một node nguồn có thể đưa ra một đường dẫn định tuyến ngay lập tức khi cần Trong các giao thức định tuyến theo bảng, tất cả các node cần duy trì thông tin về cấu hình mạng Khi cấu hình mạng thay đổi, các cập nhật được truyền lan trong mạng nhằm thông báo sự thay đổi Hầu hết các giao thức định tuyến theo bảng đều kế thừa và sửa đổi đặc tính tương thích từ các thuật toán chọn đường dẫn ngắn nhất trong các mạng hữu tuyến truyền thống Các thuật toán định tuyến theo bảng được sử dụng cho các node cập nhật trạng thái mạng và duy trì tuyến bất kể có lưu lượng hay không Vì vậy, tiêu đề thông tin để duy trì cấu hình mạng đối với các giao thức này thường là lớn Một số giao thức định tuyến điển hình theo bảng trong MANET gồm:

+ Giao thức định tuyến không dây WRP (Wireless Routing Protocol) + Định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích DSDV (Destination Sequence Distance Vector)

+ Định tuyến trạng thái tối ưu liên kết OLSR (Optimized Link State Routing) …

1.5.2 Định tuyến theo yêu cầu (reactive)

Trong phương pháp định tuyến theo yêu cầu, các đường dẫn được tìm kiếm chỉ khi cần thiết, hoạt động tìm tuyến bao gồm cả thủ tục xác định tuyến Thủ tục tìm tuyến kết thúc khi một tuyến được tìm thấy hoặc không có tuyến khả dụng sau khi xác minh toàn bộ tập hoán vị tuyến Trong mạng MANET, các tuyến hoạt động có thể ngừng do tính di động của node Vì vậy, thông tin duy trì tuyến là tối quan trọng đối với các giao thức định tuyến theo yêu cầu So với các giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức định tuyến theo yêu cầu thường có tiêu đề trao đổi thông tin định tuyến nhỏ hơn Vì vậy, về mặt nguyên tắc, các giao thức này có khả năng mở rộng tốt hơn so với các giao thức định tuyến theo bảng Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của các giao thức định tuyến theo yêu cầu là trễ do tìm kiếm tuyến trước khi chuyển tiếp thông tin dữ liệu Ví dụ về một số giao thức định tuyến theo yêu cầu gồm:

+ Giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing)

+ Giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector routing)

+ Giao thức định tuyến theo thứ tự tạm thời TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm)

1.5.3 Giao thức định tuyến lai ghép

Các giao thức định tuyến lai ghép được đề xuất để kết hợp các đặc tính ưu điểm của các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêu cầu Thông thường, các giao thức định tuyến lai ghép MANET được sử dụng trong kiến trúc phân cấp Các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêu cầu được triển khai trong các cấp thích hợp Một số ví dụ về giao thức định tuyến lai ghép:

+ Giao thức định tuyến vùng ZRP (Zone Routing Protocol)

+ Giao thức định tuyến trạng thái liên kết dựa trên vùng ZHLS based Hierarchical Link State routing)

(Zone-+ Giao thức định tuyến mạng tùy biến lai HARP (Hybrid Ad-hoc Routing Protocol), v.v

CHƯƠNG 2

GIAO THỨC DSR VÀ DREAM TRONG MẠNG MANET

2.1 Giao thức DSR (Dynamic Source Routing)

Giao thức định tuyến nguồn động DSR là giao thức định tuyến đơn giản

và hiệu quả Giao thức này được thiết kế để sử dụng trong các mạng Ad-hoc vô tuyến đa chặng có tốc độ di chuyển cao của các node Các node này phối hợp với nhau để chuyển tiếp các gói tin Do vậy gói tin có thể được chuyển đến các node không nằm trong vùng phủ sóng của chính node đó Khi các node trong mạng di chuyển, tham gia hoặc rời khỏi mạng thì toàn bộ các thủ tục định tuyến được xác định và duy trì một cách tự động bởi giao thức định tuyến DSR

DSR bao gồm 2 cơ chế cơ bản: Khám phá tuyến (Route Discovery) và Duy trì tuyến (Route Maintenance) Khám phá tuyến và Duy trì tuyến hoạt động hoàn toàn theo yêu cầu Ngoài ra còn một số cơ chế khác

DSR phát hiện và sử dụng các tuyến nguồn Node gửi tin sẽ phải nắm được toàn bộ thông tin về trình tự sắp xếp của các chặng (vị trí các node) của mạng tới một node đích Mỗi gói tin được định tuyến sẽ mang thông tin về danh sách các chặng này trong tiêu đề Ưu điểm quan trọng của thủ tục định tuyến nguồn là các node trung gian không cần phải duy trì việc cập nhật thông tin định tuyến khi chuyển tiếp các gói tin bởi vì bản thân các gói đã mang thông tin quyết định việc định tuyến (danh sách đầy đủ các node theo trình tự mà gói phải đi qua)

Việc tập hợp thông tin về topo mạng tại node nguồn của mỗi gói cho phép node nguồn phân phát các gói tin một cách hiệu quả trong mạng Điều này rất thích hợp với việc quản lý tài nguyên trong mạng Ad-hoc

Giao thức định tuyến dựa trên các tuyến nguồn còn có thêm 2 lợi ích Thứ nhất, giao thức có thể chứng minh được một cách đơn giản tính không lặp vòng bởi vì tuyến nguồn được sử dụng để điều khiển định tuyến các gói Thứ hai, mỗi tuyến nguồn là một bản kê sẵn về một đường truyền cụ thể, tin cậy để truyền các thông tin qua mạng

DSR sử dụng các tuyến nguồn và mỗi gói được định tuyến dựa trên một tuyến nguồn khám phá được, tuy nhiên những cải thiện gần đây đối với DSR đã cho phép hầu hết các gói tin không phải mang theo phần tiêu đề chứa thông tin đầy đủ về tuyến nguồn.

2.1.1 Khám phá tuyến

Khám phá tuyến được thực hiện bằng cách phát tràn lan yêu cầu qua mạng

để tìm kiếm một tuyến tới đích nào đó Trong dạng đơn giản nhất, node nguồn A muốn khám phá một tuyến tới node đích D thì A sẽ phát quảng bá gói tin yêu cầu tuyến RREQ và gói này tiếp tục được quảng bá bởi các node trung gian cho đến khi nó đến được node đích D Trong cơ chế này, nhiều tối ưu hóa được sử dụng

để giới hạn tần số và phạm vi của các khám phá tuyến

Khi một node A muốn gửi một gói tin đến D, đầu tiên nó sẽ đặt vào phần tiêu đề của gói tin đó một tuyến nguồn trong đó chỉ ra thứ tự của các chặng mà gói tin sẽ phải đi qua Thông thường, node A sẽ đạt được một tuyến nguồn thích hợp thông qua việc tìm kiếm trong bộ nhớ tuyến của nó các tuyến đã biết trước đây Tuy nhiên nếu không tìm thấy tuyến nào trong bộ nhớ tuyến, nó sẽ khởi tạo thủ tục tìm kiếm tuyến động để tìm ra một tuyến nguồn tới D Trong trường hợp này ta gọi node A là node nguồn còn node D là node đích trong thủ tục khám phá tuyến

Trước khi khởi tạo một gói tin RREQ, node nguồn chọn một nhận dạng yêu cầu (Request_id) đặt trong gói tin RREQ Cặp <địa chỉ node nguồn, nhận dạng yêu cầu> là duy nhất

Hình 2.1: Khám phá tuyến trong DSR

Hình 2.1 minh họa quá trình khám phá tuyến đơn giản, node A cố gắng khám phá tuyến tới node E Để khởi đầu khám phá tuyến, A truyền một tin báo RREQ Mỗi tin báo RREQ nhận dạng node nguồn và đích của khám phá tuyến Nhận dạng yêu cầu được xác định bởi node nguồn của yêu cầu Một RREQ bao gồm một bản ghi danh sách địa chỉ của từng node trung gian mà tin báo RREQ

đã đi qua Giá trị ban đầu của bản ghi tuyến là một danh sách trống

Khi một node nhận được bản tin RREQ này (ví dụ như node B trong ví dụ), nếu nó là đích của khám phá tuyến, nó sẽ gửi lại bản tin trả lời tuyến RREP tới khởi tạo của khám phá tuyến, chuyển bản copy của bản ghi tuyến được cộng dồn

từ RREQ; Khi node nguồn nhận được RREP, nó cất giữ tuyến này trong bộ nhớ tuyến để sử dụng khi gửi các gói tin tiếp theo tới đích này

Mặt khác, nếu một node nhận RREQ mà đã nhận được một bản tin RREQ khác từ node nguồn, mang theo những nhận dạng yêu cầu và địa chỉ đích giống nhau hoặc nếu địa chỉ riêng của node này đã nằm trong báo cáo tuyến của RREQ,

nó sẽ từ chối yêu cầu Nếu không, node này sẽ gắn địa chỉ riêng của nó vào bản ghi tuyến trong bản tin RREQ và tiếp tục quảng bá nó Trong ví dụ, node B sẽ quảng bá bản tin RREQ, nó sẽ được nhận ở node C, node C và node D cũng vậy,

nó sẽ broadcast Yêu cầu, kết quả là copy của Yêu cầu sẽ được nhận bởi node E.Trong việc bản tin RREP trở lại node nguồn trong thủ tục khám phá tuyến, chẳng hạn node E trả lời node A trong hình 2.1, node E sẽ kiểm tra bộ nhớ tuyến của nó xem liệu có một tuyến ngược về node A, và nếu tìm được nó sẽ sử dụng tuyến này làm tuyến nguồn để phân phát các gói tin bao gồm cả gói RREP Nếu không tìm được một tuyến ngược trở lại A, E có thể thực hiện thủ tục khám phá tuyến từ nó tới A Để tránh khả năng quay lại vô hạn có thể của các khám phá tuyến, nó sẽ chèn bản tin RREP vào chính bản tin RREQ của nó đối với node A

Sử dụng cơ chế này nó cũng có khả năng cõng theo các gói dữ liệu nhỏ khác ví

dụ như gói TCP SYN trên một bản tin RREQ Node E còn có thể đảo vị trí sắp xếp của các chặng trong bản ghi tuyến và sử dụng tuyến đã đảo vị trí này như một tuyến nguồn đối với các gói tin mang bản tin RREP của chính nó

Khi khởi tạo một khám phá tuyến, node đang gửi sẽ giữ lại bản sao của gói tin ban đầu trong bộ nhớ đệm nội bộ (Send Buffer) gọi là bộ đệm gửi Ngoài ra Send Buffer còn chứa các bản sao của các gói tin không truyền đi được do chưa tìm ra một tuyến nguồn tới đích Mỗi gói trong Send Buffer được gán cho một nhãn thời gian chỉ ra thời gian chúng tồn tại trong Buffer và gói tin sẽ bị loại bỏ sau khi thời gian lưu lại trong Send Buffer quá hạn; Để Send Buffer không bị

tràn, kỹ thuật FIFO hoặc kỹ thuật tương đương khác có thể được sử dụng để

truyền các gói tin đó đi trước khi chúng hết hạn

Trong trường hợp gói tin còn lưu lại trong Send Buffer mà chưa truyền đi được thì thỉnh thoảng node mạng lại thiết lập mới thủ tục khám phá tuyến tùy theo địa chỉ đích của các gói Tuy nhiên, tần suất khởi tạo các khám phá tuyến mới cần phải được giới hạn do có thể xảy ra trường hợp đích của thủ tục khởi tạo tuyến đã thay đổi và không thể tới được Trên thực tế, do giới hạn về phạm vi truyền dẫn vô tuyến và sự di chuyển của các node trong mạng nên nhiều khi cấu

trúc mạng bị phân mảnh, nghĩa là không có thứ tự sắp xếp của các chặng mà qua

đó gói tin được chuyển tiếp tới đích Kiểu phân mảnh như vậy có thể hiếm gặp hoặc phổ biến tùy thuộc vào kiểu di chuyển và mật độ của các node trong mạng

Trong trường hợp với mỗi gói tin, một thủ tục khám phá tuyến được khởi

tạo thì một số lớn các gói RREQ không hữu ích được truyền từ node này tới tất

cả các node khác trong mạng Để giảm phần phụ trội tiêu đề do các khám phá tuyến trên người ta phải giới hạn tần suất khởi tạo các khám phá tuyến từ một node bất kì đến cùng một đích Node chỉ được phép khởi tạo khám phá tuyến mới sau khi đợi hết khoảng thời gian tối thiểu cần thiết để có thể thiết lập thủ tục khám phá tuyến mới

Từ kết quả của việc kiểm tra bản sao các tuyến nguồn ghi được, thuật toán khám phá tuyến đã ngăn chặn được việc lặp các RREQ trong mạng Đó là một thuộc tính hiệu chỉnh quan trọng và là nguyên nhân tạo ra thuộc tính không lặp vòng của DSR Sử dụng các nhận dạng yêu cầu là một tối ưu đơn giản khi đó các RREQ ban đầu trải rộng hướng ra phía ngoài so với node nguồn và rút bớt số các gói RREQ bao quanh bộ khởi tạo

2.1.2 Duy trì tuyến

Khi gửi hoặc chuyển tiếp một gói tin tới đích D nào đó sử dụng tuyến nguồn, mỗi node sẽ có nhiệm vụ giám sát và khẳng định rằng gói tin đó đã đến được chặng tiếp theo trên tuyến nguồn hay chưa; Gói tin sẽ được truyền lại (sau một số lần cho phép) cho tới khi node này nhận được khẳng định rằng nó đã đến được node tiếp theo.Ví dụ trường hợp được minh họa trong hình 2.2 dưới đây: Node A gửi một gói tin tới E sử dụng một tuyến nguồn thông qua các node trung

gian B, C và D Trong trường hợp này node A chịu trách nhiệm về việc nhận gói tin ở node B, node B chịu trách nhiệm việc nhận gói tin ở node C, node C lại chịu trách nhiệm về việc nhận gói tin ở node D, … và cứ như thế đến node cuối cùng

node D phải chịu trách nhiệm về việc nhận gói tin ở node E Trong nhiều trường hợp khẳng định việc nhận gói tin không ảnh hưởng gì đối với giao thức DSR do thực tế đây là một phần của các thủ tục lớp MAC

Hình 2.2: Duy trì tuyến, node C không thể chuyển tiếp từ A đến E qua

liên kết tới bước nhảy tiếp theo D của nó.

Nếu cơ chế này không tồn tại và sẵn có ở các node thì khi đó node gửi tin sẽ dùng một bít thông tin trong phần tiêu đề của gói tin để yêu cầu một phúc đáp từ node tiếp theo thông qua phần mềm đặc biệt trong DSR Thông thường phúc đáp qua phần mềm này được truyền trực tiếp tới node gửi tin Tuy nhiên nếu đường liên kết giữa hai node là liên kết đơn hướng thì phúc đáp này có thể phải đi qua rất nhiều chặng khác nhau để quay lại node gửi tin

Nếu gói tin được truyền lại qua một số chặng và vượt quá số lần cực đại cho

phép mà vẫn chưa nhận được khẳng định từ node tiếp theo, node này sẽ gửi bản

tin báo lỗi tuyến RERR quay trở lại node đã gửi bản tin ban đầu để xác minh tuyến bị lỗi từ node nào Ví dụ trong hình trên: Nếu node C không thể truyền tin

đến node D tiếp theo, C sẽ gửi bản tin RERR về node A và tường trình rằng

tuyến từ C đến D bị đứt Khi đó A sẽ xóa đường liên kết bị lỗi này khỏi bộ nhớ tuyến của nó Việc truyền lại bản tin ban đầu bây giờ là nhiệm vụ và chức năng của các thủ tục lớp cao hơn như TCP Trong trường hợp phải gửi lại gói tin tới chính đích E và nếu trong bộ nhớ tuyến của node A có một tuyến khác tới E (ví

dụ từ các bản tin trả lời tuyến từ các thủ tục khám phá tuyến trước đó hoặc là từ việc nghe lỏm được các thông tin định tuyến từ các gói tin khác) thì nó sẽ gửi ngay gói tin sử dụng tuyến mới đó Nếu không nó sẽ thực hiện một thủ tục khám phá tuyến mới tới đích E nói trên

2.1.3 Các tính năng phát hiện tuyến gia tăng

 Lưu thông tin định tuyến Overhead

Một node mạng đang gửi hoặc đang lắng nghe bất kỳ gói nào cũng có thể thêm thông tin định tuyến từ gói này tới Route Cache của nó Một tuyến nguồn

được sử dụng trong một gói dữ liệu, tuyến được tích lũy ghi vào Route Request

hoặc tuyến đang được trả về trong Route Reply có thể được lưu bởi bất kỳ node mạng nào

Tuy nhiên trong một giới hạn, việc ghi thông tin định tuyến overhead có thể

xuất hiện các kết nối đơn hướng trong mạng Ad-hoc Ví dụ, trên hình 2.3 node

mạng A đang sử dụng tuyến nguồn để truyền thông với node mạng E Khi node

mạng C gửi các gói dữ liệu dọc theo tuyến từ A tới E, nó có thể luôn thêm vào

cache những kết nối hướng “gửi” hiện có mà nó biết được từ header của các gói,

từ bản thân node đó tới node D và từ D tới E Tuy nhiên, các kết nối hướng “đảo

ngược” nhận ra trong các header gói, từ node đó trở lại B và từ B trở lại A, có thể

sẽ không hoạt động nếu các kết nối này là đơn hướng Nếu C biết rằng kết nối là hai chiều thì nó có thể lưu chúng

Hình 2.3: Những giới hạn trong việc lưu thông tin định tuyến overhead

Tương tự như vậy, node mạng V đang sử dụng một tuyến nguồn khác để

truyền thông với node Z Nếu node mạng C ở trên node X đang truyền một gói

dữ liệu tới Y thì node C sẽ chiếu cố dù các kết nối kéo theo có thể được biết là hai chiều hoặc không sau khi lưu chúng Nếu kết nối từ X tới C là hai chiều thì C

sẽ lưu kết nối từ bản thân nó tới X, kết nối từ X tới Y và kết nối từ Y tới Z Nếu

tất cả các kết nối có thể cho là hai chiều thì C cũng sẽ lưu các kết nối từ X tới W

và từ W tới V

 Hồi âm Route Request sử dụng các tuyến đã được lưu

Một node đang nhận một Route Request cho một node không phải là đích,

nó sẽ tìm kiếm Route Cache của nó cho một tuyến tới đích của Request Nếu nó tìm thấy, node mạng này thường sẽ trả lại một Route Reply tới node khởi tạo nó hơn là gửi Route Request

Trong Route Reply, nó thiết lập bản ghi tuyến để ghi trình tự các bước qua

bản sao Route Request đã gửi tới nó trước đó

Tuy nhiên, trước khi truyền gói Route Request đã phát sinh việc sử dụng thông tin từ Route Cache của nó Một node mạng phải kiểm tra kết quả tuyến đang sử dụng đã được trả về trong Route Reply chưa Ví dụ, hình 3.5 mô tả trường hợp Route Request của đích E đã được nhận bởi node mạng F và node F

đã có trong Route Cache của nó một tuyến từ F tới E Kết hợp những tuyến tích luỹ từ Route Request và tuyến được lưu từ Route Cache của node mạng F sẽ bao gồm một node bản sao trong quá trình truyền từ C tới F và ngược lại

Hình 2.4: Hồi âm RR sử dụng các tuyến đã lưu

Node mạng F trong trường hợp này có thể cố gắng sắp xếp tuyến để loại bỏ việc sao chép, kết quả là có một tuyến từ A tới B tới C và tới E, tuy nhiên node F

sẽ không ở trên tuyến nữa mà nó sẽ trả về trong Route Reply

2.1.3.3 Ngăn ngừa nhiễu Route Reply

Khả năng của các node mạng hồi đáp Route Request dựa trên thông tin trong các Route Cache của chúng Như đã nói ở trên, việc hồi đáp có thể dẫn tới

“nhiễu” Route Reply có thể xảy ra trong một số trường hợp Cụ thể, nếu node mạng quảng bá Route Request cho một node đích để các node lân cận có một tuyến trong Route Cache của chúng thì mỗi node mạng lân cận sẽ cố gắng để gửi một Route Reply Theo cách này, băng thông có thể bị hao mòn và làm tăng khả năng xung đột mạng trong vùng

 Giới hạn bước Route Request

Mỗi thông báo Route Request chứa một “giới hạn bước” mà được sử dụng

để giới hạn số node mạng trung gian cho phép để gửi bản sao Route Request Khi Request được gửi, giới hạn này sẽ bị giảm xuống và gói Request bị loại nếu giới hạn tiến đến 0 trước khi đến đích Người ta sử dụng cơ chế này để gửi một Route Request không truyền (giới hạn bước là 0) như một phương thức quyết định giá

rẻ nếu đích hiện tại là lân cận của node khởi đầu hoặc nếu một node lân cận có một truyến tới đích đã được lưu (sử dụng hiệu quả cache của các node lân cận như một mở rộng cache của node khởi đầu) Nếu không Route Reply được nhận

trước một timeout ngắn thì một Route Request truyền (không giới hạn bước) sẽ được gửi.

Hình 2.5: Giới hạn bước Router Request

2.1.4 Các tính năng duy trì tuyến gia tăng

 Cứu gói dữ liệu

Sau khi gửi một thông báo Route Error, một node mạng sẽ cố gắng cứu gói dữ liệu gây ra Route Error hơn là loại bỏ nó Để cố gắng cứu gói, node mạng

sẽ gửi một Route Error tìm kiếm Route Cache của nó cho một tuyến từ node đấy tới gói đích gây ra Error Nếu tuyến này được tìm thấy, node mạng có thể cứu gói trước khi trả lại Route Error bằng việc đặt lại tuyến nguồn bắt đầu trên gói với tuyến từ Route Cache của nó Sau đó, node mạng sẽ gửi gói tới node mạng tiếp theo được chỉ định theo tuyến nguồn Ví dụ, nếu node mạng C có một tuyến khác được lưu tới node E, nó có thể cứu gói bằng cách đặt lại tuyến này hơn là loại bỏ gói đi

 Tự động làm ngắn tuyến

Các tuyến nguồn có thể tự động ngắn hơn nếu một hoặc nhiều bước trung gian trong tuyến không cần thiết Nếu một node mạng tình cờ nghe được một gói mang một tuyến nguồn thì node mạng này sẽ kiểm tra phần không sử dụng đến của tuyến nguồn Nếu node mạng không có ý định cho bước tiếp theo của gói nhưng được chỉ định trong phần không sử dụng của tuyến nguồn của gói muộn hơn thì nó có thể suy luận rằng các node trung gian trước nó trong tuyến nguồn không cần cho tuyến đó

 Giảm truyền thông báo Route Error

Khi một tuyến nguồn nhận Route Error cho một gói dữ liệu khởi đầu, node nguồn này truyền Route Error tới các node lân cận bằng cách mang nó trong Route Request tiếp theo Theo cách này, thông tin cũ trong bộ nhớ cache

của các node mạng quanh node nguồn sẽ không phát sinh Route Reply chứa cùng một kết nối không có hiệu lực để node nguồn nhận Route Error.

 Hỗ trợ cho các mạng di động và Mobile IP

Trong việc định hình và phát triển một mạng Ad-hoc, trong nhiều trường hợp, tất cả các node mạng sẽ được trang bị với cùng các loại giao diện mạng không dây, cho phép việc định tuyến giữa các node mạng trở nên đơn giản qua các bước mạng bất kỳ Tuy nhiên, hình dạng linh hoạt hơn có thể cũng trang bị một tập các node mạng với một giao diện mạng thứ hai, bao gồm một giao diện mạng không dây cự ly xa hơn (longer-range) và vì vậy mà tốc độ chậm hơn

Ví dụ: Trong bố trí quân sự, một tốp lính có thể sử dụng các sóng vô tuyến ngắn để truyền thông với nhau, trong khi tiếp âm thông qua sóng vô tuyến cao hơn được lắp trên xe tải để truyền thông với các nhóm khác

Loại phổ biến của hình dạng mạng này là mạng Ad-hoc tương đương với các mạng overlay không dây Hình dạng mạng sẽ cho phép truyền thông với tốc

độ cao giữa các node mạng cộng tác, trong khi ở cùng một thời điểm cho phép truyền thông với các node khác xa hơn mà không yêu cầu một số rất lớn các bước mạng Sóng vô tuyến dài cũng cho phép khe hở giữa các nhóm node mạng khác nhau đã được quay tròn (spin), giảm khả năng phân mảnh mạng Một ví dụ đơn giản, một hình dạng mạng Ad-hoc trong hình, mỗi node mạng A, B, C có hai giao diện sóng vô tuyến ngắn và dài, tất cả các node mạng khác trong mạng Ad-hoc chỉ có giao diện mạng sóng vô tuyến ngắn Node mạng X sử dụng một tuyến nguồn tới node mạng Y sử dụng một trình tự cả các bước sóng ngắn và sóng dài

Hình 2.6: Các node mạng kết nối thông qua các sóng ngắn

Một mạng Ad-hoc đang chứa các node mạng kết nối thông qua các sóng

vô tuyến ngắn, với các node mạng A, B, C cũng có các sóng vô tuyến dài Việc kết nối giữa các node mạng khác nhau như X và Y có thể bao gồm nhiều bước vô tuyến ngắn

- Trong tương lai lưu trữ tuyến có thể làm giảm overhead phát hiện tuyến

- Việc phát hiện tuyến đơn có thể cho ra rất nhiều tuyến tới đích, bởi việc trả lời các node mạng trung gian xuất phát từ các cache cục bộ Bên cạnh những

ưu điểm, DSR còn một số nhược điểm cần khắc phục:

- Kích thước tiêu đề gói tăng theo độ dài tuyến do việc định tuyến nguồn

- Flood yêu cầu tuyến có thể tới tất cả các node trong mạng

- Những xung đột có thể xảy ra giữa các yêu cầu tuyến được phổ biến bởi những node mạng lân cận

- Việc trả lời node mạng sử dụng cache cục bộ sẽ làm tăng tranh chấp nếu

có quá nhiều yêu cầu tuyến trở lại

- Những cache cũ làm tăng overhead

- Một node trung gian có thể gửi trả lời tuyến sử dụng một tuyến đã được lưu trữ cũ, vì vậy có thể gây ảnh hưởng cho các tuyến khác Vấn đề này có thể giải quyết một cách dễ dàng nếu thực hiện các cơ chế lọc những tuyến lưu trữ không còn hiệu lực

2.2 Giao thức DREAM

2.2.1 Giới thiệu

Trong phương pháp mới này, bảng vị trí của các node được lưu trữ tại mỗi node chứa thông tin vị trí của các node khác trong mạng(ví dụ như tọa độ địa lý của các node được xác định bằng cách sử dụng GPS) Giao thức có thể được xem xét là chủ ứng, vì chúng định nghĩa một cơ chế để truyền và cập nhật thông tin vị

trí Khi node A muốn gửi thông điệp m tới node B, nó sử dụng thông tin vị trí của node B để tính toán hướng đi đến node B, và sau đó truyền m tới mọi lân cận một

chặng trong hướng đến B Mỗi lân cận lặp lại thủ tục tương tự cho đến khi đạt tới

B Vì thế một tuyến đường được tìm kiếm theo kiểu cách On-demand, giống như trong phương pháp phản ứng

Xác suất của việc tìm kiếm B trong hướng được tính toán dựa trên việc làm thế nào thông tin vị trí được lan truyền thông qua mạng Mỗi node truyền các thông điệp điều khiển dựa trên vị trí hiện tại của nó tới mọi node khác Tần số mà những thông điệp điều khiển này được truyền được xác định bởi:

- Hiệu ứng khoảng cách: Khoảng cách giữa 2 node càng lớn thì chúng xuất hiện để di chuyển với sự chú ý tới nhau càng chậm Vì thế những node mà ở

xa nhau cần cập nhật vị trí của nhau ít thường xuyên hơn những node ở gần nhau hơn Điều này được nhận ra bằng cách gán cho những thông điệp điều khiển một

“tuổi”, tương ứng với khoảng cách mà gói tin đã di chuyển từ máy gửi

- Tốc độ di chuyển: Những node di chuyển nhanh hơn thì cần nhiều hơn các bảng cập nhật thông tin vị trí phải được lan truyền Nó cho phép mỗi node tự tối ưu hóa tần số phân tán thông tin vị trí của nó, vì thế việc truyền thông tin vị trí chỉ khi nào là cần thiết và không bỏ qua sự chính xác định tuyến

Khi khoảng cách và sự di chuyển có vai trò chính trong giao thức, thì giao thức này được đặt tên là: Distance Routing Efect Algorithm for Mobility (DREAM) Trong quá trình xây dựng thông tin định tuyến, DREAM không cần phải trao đổi một lượng lớn các thông tin điều khiển như trong các giao thức trước đó Trong cùng thời gian, khi sự khám phá tuyến là không cần thiết, thì DREAM không phải chịu độ trễ kèm theo giống như các giải pháp phản ứng Hơn nữa DREAM có được một số thuộc tính hấp dẫn sau

- Hiệu quả về băng thông và năng lượng: Mỗi gói tin điều khiển chỉ mang thông tin tọa độ và bộ nhận dạng của một node, vì thế thông điệp trở nên nhỏ hơn khi so với các thông điệp được sử dụng bởi các giao thức chủ ứng và phản ứng Quan trọng nhất là:

+ Tốc độ của việc tạo gói tin điều khiển được xác định và tối ưu hóa tương ứng với tốc độ di chuyển của mỗi node.

+ Do “hiệu ứng khoảng cách”, số lượng của các chặng được cho phép

để di chuyển trong mạng trước khi được hủy bỏ sẽ chỉ phụ thuộc vào quan

hệ khoảng cách giữa các node đang di chuyển và các bảng vị trí đang được cập nhật

Theo cách này số lượng của các bản sao cũng như số lượng của các chặng

mà gói tin điều khiển sẽ đi qua cũng được tối ưu hóa mà không mất đi chất lượng Điều này có nghĩa rằng trong DREAM sử dụng băng thông và năng lượng hiệu quả hơn

- Nó là không lặp, mỗi thông điệp dữ liệu lan truyền xa so với vị trí nguồn của nó chỉ theo một hướng cụ thể

- Nó là mạnh mẽ, nghĩa là gói tin dữ liệu có thể đi tới đích mong đợi bằng cách đi theo những tuyến độc lập có thể

- Nó thích ứng với sự di chuyển, là khi mà tần suất thông tin định vị được lan truyền phụ thuộc vào tốc độ di chuyển

Trong phần tiếp theo chúng ta mô tả cơ chế của lan truyền thông tin vị trí, một khuôn mẫu thông thường để đảm bảo xác suất làm thế nào để tìm một node trong hướng được đưa ra

2.2.2 Lan truyền thông tin vị trí

Cho mạng MANET với n node Giả sử rằng tồn tại một cơ chế cho phép mỗi node có thể nhận ra vị trí của chính nó (các tọa độ) được đưa ra bởi một hệ thống định vị như: GPS Những tọa độ này được trao đổi giữa các node vì thế mỗi node luôn luôn thu được thông tin vị trí về các node khác trong mạng cho các mục đích định tuyến Đặc biệt, một bảng vị trí (Location Table - LT) được duy trì tại mỗi node A để ghi lại vị trí của mỗi mỗi node B, mà từ vị trí của nó có thể tính toán được hướng tới B ký hiệu là Bʋ và khoảng cách tới B ký hiệu là Br Với hướng tới B, có nghĩa là Bʋ là góc của các tọa độ cực của node B trên một

hệ thống có trung tâm tại vị trí hiện thời của A Với khoảng cách tới B, nghĩa là

Br là khoảng cách địa lý giữa A và B Các mục liên quan tới một node B là