Mô phỏng và đánh giá các giao thức định tuyến trong mạng ad hoc

Mục đích, nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đồ án sẽ dựa trên công cụ mô phỏng NS2 để tiến hành đánh giá ba giao thức định tuyến cơ bản: giao thức định tuyến vectơ

- NGUYỄN NGỌC ANH

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD-HOC

Chuyên ngành: Điện Tử Tin Học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐIỆN TỬ TIN HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Bùi Việt Khôi

Hà Nội-Năm 2011

Tác giả luận văn: Nguyễn Ngọc Anh Khóa: 2009

Người hướng dẫn: TS.Bùi Việt Khôi

Nội dung tóm tắt:

1 Lý do chọn đề tài:

Trong xu thế hội tụ công nghệ: viễn thông – truyền thông – công nghệ thông tin, mạng thông tin không dây ngày càng có vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội Nếu trước đây, mạng thông tin không dây thế hệ thứ nhất chủ yếu đặt mục tiêu vào truyền thông thoại và dữ liệu ở tốc độ bình thường thì ngày nay mạng thông tin không dây phải gánh vác trọng trách lớn hơn là giải quyết vấn đề lưu lượng đa phương tiện, tốc độ cao, chất lượng tốt để thoả mãn nhu cầu khách hàng ngày càng cao và đa dạng

Mạng Ad-hoc có khá nhiều điểm khác biệt so với mạng di động tế bào truyền thống do vậy các giao thức định tuyến trong mạng này phải đáp ứng thêm nhiều yêu cầu

kỹ thuật mới Điều quan trọng nhất là giao thức định tuyến này phải có khả năng thích nghi với cấu trúc mạng luôn thay đổi cũng như phải tính đến các giới hạn về băng thông, năng lực của thiết bị, khả năng lưu trữ… Giao thức định tuyến cũng phải làm giảm lưu lượng đường truyền, đơn giản hóa việc tính toán đường định tuyến

Mạng Ad-hoc là một kiểu mạng thông tin không dây rất linh hoạt Khác với các mạng không dây thông thường, mạng Ad-hoc là mạng không tập trung và tự tổ chức, có thể hình thành mạng mà không cần dựa trên một cơ sở hạ tầng mạng nào, cho phép truyền dữ liệu đa chặng giữa các nút ngoài vùng phủ sóng vô tuyến của nhau Hiện nay,

2 Mục đích, nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đồ án sẽ dựa trên công cụ mô phỏng NS2 để tiến hành đánh giá ba giao thức định tuyến cơ bản: giao thức định tuyến vectơ khoảng cách tuần tự đến đích DSDV (Destination Sequence Distance Vector), giao thức định tuyến vectơ cự ly theo yêu cầu AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector) và giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing), tìm hiểu phương thức hoạt động cũng như những ưu điểm, hạn chế của từng giao thức, từ đó tìm một giao thức phù hợp với những yêu cầu của mạng Ad-hoc

3 Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp của tác giả:

Đồ án gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về mạng Ad-hoc

Giới thiệu một cách khái quát về mạng di động không dây Ad-hoc, những ứng dụng, đặc điểm, thách thức và các giao thức định tuyến của của mạng Ad-hoc

Chương 2 Giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc

Trình bày yêu cầu đối với các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc và tập trung nghiên cứu ba giao thức nói trên

Chương 3 Mô phỏng đánh giá chất lượng hoạt động của giao thức

Đánh giá các giao thức đã nghiên cứu dựa trên kết quả mô phỏng bằng NS2

4 Phương pháp nghiên cứu:

Có thể nói giao thức định tuyến đóng vai trò xương sống trong hoạt động của mạng Ad-hoc Để có thể sử dụng và thiết lập mạng Ad-hoc một cách hiệu quả, trước tiên người quản trị mạng phải nắm vững được phương thức hoạt động của các giao thức định tuyến,

do đó trong đồ án này, em đã tập trung nghiên cứu phương thức hoạt động của ba giao

Ad-hoc, tuy nhiên để mạng có thể hoạt động thật hiệu quả, vẫn cần có một giao thức định tuyến khác phù hợp với những đặc điểm của mạng Ad-hoc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- NGUYỄN NGỌC ANH

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD-HOC

Chuyên ngành: Điện Tử Tin Học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐIỆN TỬ TIN HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Bùi Việt Khôi

Hà Nội-Năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Ngọc Anh, tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ điện tử tin học này do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Các thông tin, số liệu được sử dụng trong luận văn

là trung thực và chính xác

Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2011

Nguyễn Ngọc Anh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giảng viên trường Đại Học Bách Khoa-Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian học cao học tại trường

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS.Bùi Việt Khôi-Khoa Điện Tử Viễn Thông-Đại Học Bách Khoa-Hà Nội đã hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này

Tôi cũng cảm ơn gia đình, bạn bè đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn Nguyễn Ngọc Anh

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế hội tụ công nghệ: viễn thông – truyền thông – công nghệ thông tin, mạng thông tin không dây ngày càng có vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống

xã hội Nếu trước đây, mạng thông tin không dây thế hệ thứ nhất chủ yếu đặt mục tiêu vào truyền thông thoại và dữ liệu ở tốc độ bình thường thì ngày nay mạng thông tin không dây phải gánh vác trọng trách lớn hơn là giải quyết vấn đề lưu lượng đa phương tiện, tốc độ cao, chất lượng tốt để thoả mãn nhu cầu khách hàng ngày càng cao và đa dạng

Mạng Ad-hoc là một kiểu mạng thông tin không dây rất linh hoạt Khác với các mạng không dây thông thường, mạng Ad-hoc là mạng không tập trung và tự tổ chức, có thể hình thành mạng mà không cần dựa trên một cơ sở hạ tầng mạng nào, cho phép truyền

dữ liệu đa chặng giữa các nút ngoài vùng phủ sóng vô tuyến của nhau Hiện nay, mạng Ad-hoc đã và đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và trong tương lai, mạng Ad-hoc có thể sẽ trở thành một trong những mô hình mạng không thể thiếu trong ngành công nhiệp mạng Chính vì vậy, định tuyến trong mạng Ad-hoc là một vấn đề quan trọng và rất được quan tâm Có thể nói giao thức định tuyến đóng vai trò xương sống trong hoạt động của mạng Ad-hoc Để có thể sử dụng và thiết lập mạng Ad-hoc một cách hiệu quả, trước tiên người quản trị mạng phải nắm vững được phương thức hoạt động của các giao thức định tuyến, do đó trong đồ án này, em đã tập trung nghiên cứu phương thức hoạt động của ba giao thức định tuyến phổ biến của mạng Ad-hoc

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đồ án giới thiệu tổng quan mô hình mạng Ad-hoc bao gồm những đặc điểm cơ bản, các ứng dụng và thách thức đối với mạng Ad-hoc, từ đó tập trung nghiên cứu phương thức hoạt động của ba giao thức: định tuyến vectơ khoảng cách tuần tự đến đích (DSDV), định tuyến vectơ cự ly theo yêu cầu tùy biến (AODV), định tuyến nguồn động (DSR) và cuối cùng đánh giá ba giao thức này bằng công cụ mô phỏng NS2 của đại học Berkely với các kịch bản khác nhau

Dựa trên kết quả mô phỏng và cơ sở lý thuyết đã đưa ra, có thể rút ra kết luận: các giao thức định tuyến đã nghiên cứu, phần nào đã đáp ứng được các yêu cầu của mạng Ad-hoc, tuy nhiên để mạng có thể hoạt động thật hiệu quả, vẫn cần có một giao thức định tuyến khác phù hợp với những đặc điểm của mạng Ad-hoc

Đồ án gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về mạng Ad-hoc

Giới thiệu một cách khái quát về mạng di động không dây Ad-hoc, những ứng dụng, đặc điểm, thách thức và các giao thức định tuyến của của mạng Ad-hoc

Chương 2 Giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc

Trình bày yêu cầu đối với các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc và tập trung nghiên cứu ba giao thức nói trên

Chương 3 Mô phỏng đánh giá chất lượng hoạt động của giao thức

Đánh giá các giao thức đã nghiên cứu dựa trên kết quả mô phỏng bằng NS2

ABTRACT

The goal of the project is to present the Ad-hoc network model, which involves some basic characteristics, its application and some challenges for Ad-hoc network Due to this, the project focus on the operating method of three kinds of routing protocol: Destination Sequence Distance Vector Routing (DSDV), Ad-hoc On-demand Distance Vector Routing (AODV) and Dynamic Source Routing (DSR) These protocols are evaluated by NS2 simulator implemented by Berkely University with several different scripts

In conclusion, based on theory and the result of simulation, these protocols can meet some demands of Ad-hoc network However, we need another protocol which accommodates with Ad-hoc network features in oder to make it work efficiently

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3 

LỜI CẢM ƠN 4 

LỜI NÓI ĐẦU 5 

TÓM TẮT LUẬN VĂN 6 

ABTRACT 7 

MỤC LỤC 8 

DANH MỤC HÌNH VẼ 11 

DANH MỤC BẢNG BIỂU 13 

Chương 1.  TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD-HOC 14 

1.1  Giới thiệu chung 14 

1.2  Tổng quan về mạng Ad-hoc 15 

1.2.1  Lịch sử phát triển của mạng Ad-hoc 15 

1.2.2  Ứng dụng của mạng Ad-hoc 16 

1.2.3  Đặc điểm mạng Ad-hoc 18 

1.2.4  Các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc 20 

1.2.5  Những thách thức đối với mạng Ad-hoc 25 

1.3  Kết luận 28 

Chương 2.  GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỦA MẠNG DI ĐỘNG AD-HOC 29 

2.1  Các yêu cầu đối với giao thức định tuyến 29 

2.2  Giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách tuần tự đến đích (DSDV) 31 

2.2.1  Đặc điểm của giao thức định tuyến DSDV 31 

2.2.2  Mô tả 31 

2.2.3  Hoạt động của giao thức DSDV trong topo mạng đơn giản 39 

2.2.4  Ưu điểm của DSDV 42 

2.2.5  Hạn chế của DSDV 43 

2.3  Giao thức định tuyến vec tơ cự ly theo yêu cầu tùy biến (AODV) 43 

2.3.1  Đặc điểm của giao thức AODV 43 

2.3.2  Mô tả 44 

2.3.3  Ưu điểm của giao thức AODV 55 

2.3.4  Hạn chế của giao thức AODV 55 

2.4  Giao thức định tuyến nguồn động (DSR) 55 

2.4.1  Đặc điểm của DSR 55 

2.4.2  Mô tả 56 

2.4.3  Ưu điểm của giao thức DSR 69 

2.4.4  Hạn chế của giao thức DSR 69 

2.5  Kết luận 69 

Chương 3.  MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC 71  3.1  Môi trường mô phỏng 71 

3.1.1  Công cụ mô phỏng NS2 72 

3.1.2  Mô hình dịch chuyển ngẫu nhiên Waypoint 75 

3.2  Các thông số đánh giá chất lượng hoạt động của giao thức định tuyến 77 

3.2.1  Trễ đầu trung bình đầu cuối – đầu cuổi 77 

3.2.2  Tỷ lệ mất gói (packet loss) 78 

3.2.3  Routing overhead 78 

3.3  Tiến hành mô phỏng 79 

3.3.1  Các thông số đầu vào 79 

3.3.2  Các thông số của giao thức 80 

3.3.3  Quá trình mô phỏng 81 

3.4  Kết quả mô phỏng 82 

3.4.1  Mô phỏng di chuyển trong mạng 82 

3.4.2  Mô phỏng kích cỡ mạng 87 

3.5  Kết luận 91 

KẾT LUẬN 93 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 

PHỤ LỤC 98 

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1Mô hình mạng Ad-hoc di động 16 

Hình 1-2 So sánh giữa mạng Ad-hoc và mạng không dây truyền thống 19 

Hình 1-3 Mạng Ad-hoc gồm 3 thiết bị di động 20 

Hình 1-4 Các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc 24 

Hình 2-1 Mô hình mạng Ad-hoc gồm 4 nút mạng 32 

Hình 2-2 Mô hình mạng trường hợp gây ra sự biên thiên trong bảng định tuyến .37 

Hình 2-3 Sự dịch chuyển của các nút trong mạng .39 

Hình 2-4 Định dạng bản tin RREQ 45 

Hình 2-5 Định dạng bản tin RREP 47 

Hình 2-6 Định dạng bản tin RREP-ACK 48 

Hình 2-7 Thiết lập tuyến đường ngược 49 

Hình 2-8 Thiết lập tuyến đường chuyển tiếp 50 

Hình 2-9 Định dạng bản tin RRER 53 

Hình 2-10 Thông báo liên kết đứt .54 

Hình 2-11 Định dạng phần mào đầu 57 

Hình 2-12 Định dạng mục yêu cầu tuyến 59 

Hình 2-13 Gửi bản tin yêu cầu tuyến 60 

Hình 2-14 Định dạng mục đáp ứng tuyến 62 

Hình 2-15 Gửi bản tin trả lời 63 

Hình 2-16 Định dạng mục yêu cầu bản tin xác nhận 65 

Hình 2-17 Định dạng mục xác nhận trong bản tin xác nhận .66 

Hình 2-18 Định dạng mục thông báo lỗi tuyến 67 

Hình 2-19 Gửi bản tin xác nhận và thông báo lỗi 68 

Hình 3-1 Tổng quan về NS2 dưới góc độ người dùng 73 

Hình 3-2 Kiến trúc của NS2 74 

Hình 3-3 Mô hình dịch chuyển của một nút mạng bắt đầu tại vị trí (133,180) .75 

Hình 3-4 Tỷ lệ nút hàng xóm của các nút trong mô hình dịch chuyển Waypoint 76 

Hình 3-5 Quá trình mô phỏng bằng NS2 .82 

Hình 3-6 Trễ trung bình đầu cuối-đầu cuối theo thời gian dừng 83 

Hình 3-7 Tỷ lệ mất gói theo thời gian dừng 84 

Hình 3-8 Routing overhead theo thời gian dừng 86 

Hình 3-9 Trễ trung bình đầu cuối-đầu cuối theo thời gian dừng khi thay đổi kích cỡ mạng 88 

Hình 3-10 Tỷ lệ mất gói theo thời gian dừng khi thay đổi kích cỡ mạng 89 

Hình 3-11 Routing overhead theo thời gian dừng khi thay đổi kích cỡ mạng 91 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1So sánh giữa mạng Ad-hoc và mạng không dây truyền thống 18 

Bảng 2-1 Bảng định tuyến của nút A 32 

Bảng 2-2 Bảng quảng bá định tuyến của nút A 33 

Bảng 2-3 Bảng định tuyến của MH4 39 

Bảng 2-4 Bảng quảng bá định tuyến của MH4 40 

Bảng 2-5 Bảng định tuyến của MH4 sau khi đã cập nhật 41 

Bảng 2-6 Bảng quảng bá định tuyến của MH4 sau khi đã cập nhật 42 

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD-HOC

Mạng di động không dây Ad-hoc là một trong những mô hình khá phổ biến của mạng không dây truyền thống Tuy nhiên về cơ bản, mạng Ad-hoc khác với các mạng không dây thông thường khác Nó là mạng không tập trung và tự tổ chức, có thể hình thành mạng mà không cần dựa trên một cơ sở hạ tầng mạng nào Chương này sẽ giới thiệu những đặc điểm cơ bản, các ứng dụng và thách thức đối với mạng Ad-hoc đồng thời có một cái nhìn khái quát về các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc

1.1 Giới thiệu chung

Trong những năm gần đây, chúng ta đã thấy rõ sự phát triển vượt bậc của viễn thông và công nghệ thông tin Nhu cầu trao đổi thông tin mọi lúc mọi nơi đã làm cho cụm từ

“wireless” trở nên khá phổ biến Chính vì sự tiện lợi của mình nên mạng không dây đã dần thay thế cho các hệ thống mạng có dây truyền thống hiện tại Một trong những ứng dụng mạnh nhất của mạng không dây hiện nay mà đi đâu ta cũng thấy là “ điện thoại di động” Tương tự như vậy, trong ngành mạng, IEEE 802.11 cũng đã làm một cuộc cách mạng và trở thành chuẩn của mạng WLAN (Wireless LAN), góp phần cho sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ wireless trong những năm gần đây

WLAN dùng công nghệ trải phổ, sử dụng sóng vô tuyến để gửi và nhận dữ liệu qua không khí cho phép các thiết bị truyền thông với nhau WLAN là một hệ thống truyền

dữ liệu mềm dẻo, sử dụng trong những ứng dụng cần sự di động Một cách tổng thể có thể nói rằng WLAN sẽ là một công nghệ truyền thông đầy hứa hẹn trong tương lai

1.2 Tổng quan về mạng Ad-hoc

1.2.1 Lịch sử phát triển của mạng Ad­hoc 

Mạng di động không dây Ad-hoc được hình thành bởi một nhóm người sử dụng hoặc các thiết bị di động trên một vùng địa lý tạo nên một mạng với thời gian tồn tại ngắn nhằm phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin tức thì Các thiết bị di động sẽ truyền và nhận tín hiệu vô tuyến để trao đổi thông tin với nhau Nếu cần, mỗi thiết bị có thể có chức năng như một trạm chuyển tiếp để chuyển tiếp thông tin từ nguồn tới đích

Quá trình phát triển của mạng Ad-hoc được chia làm 3 giai đoạn:

™ Mạng Ad-hoc sớm nhất được gọi là PRNET, được DARPA tài trợ vào năm

1972 Với sự kết hợp một kiểu định tuyến vector khoảng cách ALOHA với phương pháp truy cập đường truyền CSMA, PRNET được sử dụng như một chuẩn dùng thử để cung cấp những tính năng mạng khác nhau trong môi trường cạnh tranh

™ Giai đoạn phát triển thứ 2 của mạng Ad-hoc là vào năm 1980, khi mà hệ thống mạng Ad-hoc lớn hơn và được triển khai như một phần của chương trình SURAN Chương trình này cung cấp một mạng chuyển mạch gói tới những chiến trường không có cơ sở hạ tầng mạng Chương trình này đã cho thấy lợi ích của việc phát triển khả năng thực thi tín hiệu vô tuyến bằng cách làm cho chúng nhỏ hơn, rẻ hơn và khó bị tấn công

™ Năm 1990, khái niệm mạng Ad-hoc thương mại được đưa ra với các máy tính cầm tay và các thiết bị giao tiếp khác Cùng lúc đó, ý tưởng tập hợp các nút di động đã được khảo sát trong một số hội thảo nghiên cứu IETF đặt tên mạng Ad-hoc là MANET

Quân sự là lĩnh vực đầu tiên ứng dụng mạng Ad-hoc vào thực tế bởi tính di động,

tự tổ chức, khả năng triển khai nhanh chóng của nó Không nghi ngờ gì khi mạng Ad-hoc có thể sử dụng hữu hiệu cho mục đích này Bộ quốc phòng Mỹ đã tài trợ rất nhiều cho các nghiên cứu về công nghệ chuyển mạch hoạt động không bị hạn chế bởi cơ sở hạ tầng mạng cố định Năm 1972, DARPA đã bắt đầu nghiên cứu và giới thiệu mạng PRNET- tiền thân của mạng Ad-hoc

Ở những vùng có thảm họa, động đất, hỏa hoạn… cơ sở hạ tầng mạng đã bị hư hại

và không thể sử dụng được thì mạng Ad-hoc là lựa chọn số một

™ Hội nghị

Nhu cầu trao đổi thông tin giữa các đại biểu trong hội nghị là rất lớn và các thiết bị như máy tính xách tay hay PDA hiện nay rất sẵn nên một giải pháp đơn giản và dễ thực hiện nhất để phục vụ mục đích này là sử dụng mạng Ad-hoc Sử dụng mạng Ad-hoc giảm bớt được nhiều chi phí phát sinh, dễ dàng triển khai trong khi thời gian hình thành mạng ngắn

™ Mạng cá nhân

Mạng vùng cá nhân PAN là mạng của các thiết bị liên quan chặt chẽ với mỗi cá nhân như PDA, máy tính xách tay, điện thoại …Các thiết bị này luôn dịch chuyển theo con người, khi chúng liên kết với nhau thì rõ ràng mang lại nhiều tiện ích hơn cho người sử dụng và khi đó cần sự trợ giúp của mạng Ad-hoc

™ Mạng cảm biến

Một số bộ cảm biến nhỏ xếp thành mạng Ad-hoc để cung cấp các thông tin chi tiết

về địa lý hay các điều kiện môi trường nguy hiểm Thông qua công nghệ mạng hoc, mọi hoạt động và thông tin từ các bộ cảm biến này có thể được thu thập từ xa thay vì con người phải trực tiếp làm việc tại các môi trường nguy hiểm trên Các bộ cảm biến là các máy thu phát vô tuyến Ứng dụng này được rất nhiều người quan tâm đặc biệt là những ứng dụng trong công nghiệp và quân sự

Ad-Bên cạnh đó, với nhưng ưu điểm của mình, mạng Ad-hoc còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như hệ thống nhúng, các trò chơi, mạng gia đình…

1.2.3 Đặc điểm mạng Ad­hoc 

Vì mạng Ad-hoc là mạng tự tổ chức và tự thích nghi nên việc trao đổi thông tin trong mạng Ad-hoc không yêu cầu các trạm tập trung, một mạng đã hình thành có thể bị giải tán mà không cần bất cứ sự quản trị của hệ thống nào Mỗi nút trong mạng Ad-hoc truyền và nhận tín hiệu vô tuyến để trao đổi với các nút khác Nếu cần mỗi nút có thể

có chức năng như một trạm chuyển tiếp để định tuyến các gói tin đến đích cuối cùng Nói cách khác, mạng Ad-hoc cho phép truyền dữ liệu đa chặng giữa các nút ngoài vùng phủ song vô tuyến của nhau Mạng di động Ad-hoc có thể được kết nối với internet hoặc những mạng khác qua một gateway riêng hoặc những nút có chức năng như gateway Trong trường hợp này, mạng Ad-hoc có thể mở rộng việc truy cập tới những dịch vụ mạng cố định khác Mạng Ad-hoc có nhiều thuận lợi hơn so với mạng không dây truyền thống

Bảng 1-1So sánh giữa mạng Ad-hoc và mạng không dây truyền thống

Mạng không dây truyền thống Mạng không dây Ad-hoc

Cơ sở hạ tầng mạng cố định Không có cơ sở hạ tầng mạng cố định Phải có sự định tuyến trước giữa các cell

và trạm gốc Không có trạm gốc, điều chỉnh vị trí nhanh Topo mạng backbone cố định Topo mạng kiểu động với đa chặng

Môi trường dạng tương đối, kết nối ổn

định

Môi trường khó sử dụng (suy hao, nhiễu),

liên kết không theo quy tắc Phải có kế hoạch chi tiết trước khi lắp đặt

trạm gốc

Mạng Ad-hoc tự động thay đổi, đáp ứng

phù hợp khi có thay đổi Chi phí lắp đặt cao Chi phí lắp đặt thấp

Thời gian lắp đặt lâu hơn Thời gian lắp đặt ít hơn

Hình 1-2 So sánh giữa mạng Ad-hoc và mạng không dây truyền thống

Mạng Ad-hoc cho phép nhiều chủng loại thiết bị khác nhau (như laptop, điện thoại di động, internet,…) trong những điều kiện nhất định có thể tương hợp và hoạt động nên khả năng tính toán, lưu trữ và truyền thông của các thiết bị như thế sẽ thay đổi rất khác thường Các thiết bị này vì thế sẽ không chỉ phải phát hiện cho được khả năng kết nối với các thiết bị/ nút lân cận mà còn phải xác định chủng loại thiết bị và thực thể mạng

cố định nào nên chính mạng là phi cấu trúc- nghĩa là không cần bất cứ trạm gốc, dây nối, hay bộ định tuyến cố định nào Do vậy, để duy trì kết nối trong mạng, thông tin định tuyến sẽ phải thay đổi để kịp thời phản ánh sự thay đổi tính chất liên kết bên trong mạng

Topo trong mạng Ad-hoc thay đổi động do các thiết bị không bị ràng buộc vào một vị trí cụ thể nên việc truy nhập phương tiện tập trung không thể áo dụng theo thực thể Các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc cần giải quyết sự di chuyển của các nút cũng như các ràng buộc về công suất và băng thông Tính đa phương trong trường hợp này yêu cầu xem xét tính hiệu quả cao, vì hiệu ứng “ngập tràn” sẽ tiêu tốn nhiều băng thông khả dụng và giảm nhanh thời gian hoạt động của nguồn …

Với những tính năng ưu việt và những thách thức cần được giải quyết đó, ngày nay mạng Ad-hoc đã và đang được nghiên cứu triển khai thành công ở một số nước mà phổ biến nhất là ở Mỹ Kiểu mạng này đặc biệt hữu ích trong nhiều ứng dụng nên có xu hướng ứng dụng rộng rãi trên thế giới

1.2.4 Các giao thức định tuyến của mạng Ad­hoc 

1.2.4.1 Các giao thức định tuyến cổ điển 

Hình 1-3 Mạng Ad-hoc gồm 3 thiết bị di động Giả sử mạng Ad-hoc gồm 3 thiết bị di động A, B, C như hình 1-3 Một phương pháp đơn giản để thực hiện việc định tuyến trong mạng Ad-hoc là xem mỗi thiết bị di động hay nút mạng như một bộ định tuyến và vận hành giao thức định tuyến thông thường giữa chúng Khi thực hiện, B đóng vai trò như bộ định tuyến liên kết với A và C và là nút trung gian giữa A và C A muốn truyền bản tin tới C, nó sẽ phải truyền tới B và B

tiếp tục chuyển tiếp tới C Các giao thức định tuyến cổ điển dựa trên các thuật toán vector khoảng cách hoặc thuật toán trạng thái liên kết

Trong định tuyến vector khoảng cách, mỗi bộ định tuyến duy trì một bảng các khoảng cách từ nó đến tất cả các đích có thể Mỗi bộ định tuyến định kỳ quảng bá những thông tin này tới từng bộ định tuyến lân cận của nó và sử dụng các giá trị nhận được từ các bộ định tuyến lân cận để tính toán các giá trị được cập nhật cho bảng của nó Bằng cách so sánh khoảng cách nhận được cho từng đích từ mỗi bộ định tuyến lân cận của nó, bộ định tuyến có thể xác định bộ định tuyến tiếp theo trên đường ngắn nhất tới đích Khi đưa ra một bản tin để chuyển tiếp tới đích nào đó, mỗi bộ định tuyến đơn giản là chuyển tiếp bản tin đó tới đúng bộ định tuyến tiếp theo Bằng cách truyền các thông số bảng định tuyến cập nhật thường xuyên như vậy thậm chí bất kỳ thông tin nào về những thay đổi bảng, thuật toán đều hướng nhanh chóng tới đúng đường kết nối tuy nhiên khi đó thời gian xử lý và băng thông mạng để truyền các cập nhật bảng định tuyến tăng

Trong định tuyến trạng thái liên kết, mỗi bộ định tuyến sẽ duy trì topo về toàn bộ mạng Mỗi bộ định tuyến tạo một bản tin trạng thái liên kết của riêng nó bao gồm các thông tin về hàng xóm, sau đó phát tới tất cả các bộ định tuyến hàng xóm Sau khi tất

cả các bộ định tuyến trong mạng đều nhận được bản tin này, nó sẽ xây dựng topo của toàn mạng Các bộ định tuyến sẽ dựa trên chi phí của các tuyến liên kết để tính toán đường đi ngắn nhất tới đích Khi một bản tin được phát tới đích, mỗi bộ định tuyến sẽ chuyển tiếp bản tin đó tới bộ định tuyến tiếp theo dựa trên tuyến đường tối ưu nhất Các giao thức định tuyến trạng thái liên kết hướng tới đích nhanh hơn khi các điều kiện trong mạng thay đổi, nhưng nói chung đòi hỏi thời gian xử lý nhiều hơn ( để tính toán đường ngắn nhất tới đích) và nhiều băng thông mạng hơn các thuật toán vector khoảng cách

Các giao thức thông thường này đã được sử dụng từ rất lâu, được kiểm nghiệm trong hầu hết các phiên truyền thông giữa các máy tính và đã trở nên rất quen thuộc

Tuy nhiên, vấn đề ở chỗ những giao thức này chỉ sử dụng cho cấu trúc mạng tĩnh, nó sẽ gặp phải vấn đề gì khi áp dụng cho mạng Ad-hoc có cấu trúc thay đổi

Khi sử dụng các giao thức định tuyến thông thường trong mạng Ad-hoc, mỗi thiết bị di động được coi như là một bộ định tuyến, có một số vấn đề với phương pháp này:

• Truyền dẫn giữa hai thiết bị di động qua một mạng vô tuyến không nhất thiết phải tốt như nhau trên cả 2 hướng Thiết bị A có thể nhận được cập nhật định tuyến từ B thông báo là B gần C nhất, do vậy B sẽ là bộ định tuyến tiếp theo trên tuyến đường ngắn nhất của A tới C, tuy nhiên thiết bị A có thể truyền bản tin tới C nhưng ngược lại C chưa chắc có thể truyền bản tin tới A Hình 1-3 thể hiện phạm vi truyền dẫn của tất cả các thiết bị bằng nhau và thống nhất trên tất

cả các mặt của thiết bị, nhưng trong thực tế việc truyền vô tuyến và hồng ngoại không như vậy Do đó một số tuyến được các giao thức định tuyến truyền thống xác định có thể không hoạt động trong các môi trường như vậy

• Nhiều liên kết giữa các bộ định tuyến có được bởi thuật toán định tuyến có thể

dư thừa Hiếm khi chỉ có một bộ định tuyến giữa A và C, mà thường có nhiều thiết bị di động trong phạm vi truyền của A và toàn bộ chúng đều có thể chuyển tiếp các bản tin tới C, vì vậy sẽ có nhiều đường định tuyến từ A tới C đi qua các

bộ định tuyến trung gian khác nhau do đó sẽ có nhiều liên kết không dùng tới Các mạng có dây thì ngược lại, thường được cấu hình chỉ có một hoặc một số ít các bộ định tuyến để kết nối 2 mạng bất kỳ Các đường dư thừa không cần thiết trong môi trường vô tuyến làm tăng kích cỡ các bản tin cập nhật định tuyến phải gửi qua mạng và tăng thời gian để xử lý cập nhật và tính toán tuyến mới

• Việc định kỳ gửi các cập nhật định tuyến tiêu tốn băng thông mạng Đôi khi, không có thay đổi trong cập nhật định tuyến, nhưng mỗi bộ định tuyến vẫn phải tiếp tục gửi các cập nhật định kỳ để các bộ định tuyến khác biết được các tuyến qua bộ định tuyến đó là hoạt động Các cập nhật định tuyến từ các thiết bị ở ngoài phạm vi truyền dẫn của nhau sẽ không gây nhiễu cho nhau, nhưng khi có nhiều thiết bị di động nằm trong phạm vi truyền dẫn của nhau, các cập nhật định tuyến của chúng sẽ tiêu tốn băng thông mạng

• Các cập nhật định tuyến được gửi định kỳ sẽ làm tiêu tốn nguồn ắc quy Hầu hết các thiết bị di động trong mạng Ad-hoc đều hoạt động trên nguồn ắc quy, và việc truyền gói sẽ làm cạn kiệt đáng kể nguồn ắc quy Mặc dù việc nhận gói nói chung yêu cầu ít công suất nguồn hơn việc gửi chúng, nhưng cần phải nhận các cập nhật định tuyến định kỳ sẽ thiết lập các thiết bị ở chế độ chờ, do đó cũng tiêu tốn công suất nguồn của thiết bị

• Cuối cùng, các giao thức định tuyến thông thường không được thiết kế cho kiểu topo động như trong mạng Ad-hoc Ở các mạng thông thường, các kết nối giữa các bộ định tuyến thường đi xuống và đi lên và đôi khi chi phí cho một tuyến kết nối có thể thay đổi do nghẽn nhưng các bộ định tuyến nhìn chung không chuyển động theo nhiều hướng mà chỉ dịch chuyển các phần chính của topo mạng tiến hoặc lùi Việc hội tụ tiến tới các tuyến mới và ổn định sau các thay đổi động trong topo có thể khá chậm, đặc biệt với các thuật toán vecto khoảng cách Tốc độ hội tụ có thể được nâng cao bằng cách gửi cập nhật định tuyến thường xuyên hơn, nhưng cách như vậy sẽ tiêu tốn nhiều băng thông và công suất ắc quy khi những thay đổi topo là không đáng kể

1.2.4.2 Giao thức định tuyến của mạng Ad­hoc 

Hiện nay chưa có giao thức nào có thể giải quyết được tất cả các vấn đề trên, tuy nhiên một số chức năng chính đã được đáp ứng Các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc nhìn chung đều dựa trên các giao thức thông thường Chúng được chia thành 2 loại chính: định tuyến điều khiển theo bảng ghi và định tuyến điều khiển theo yêu cầu

Hình 1-4 Các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc

Các phương pháp điều khiển theo bảng ghi

Các giao thức định tuyến điều khiển theo bảng ghi cố gắng duy trì thông tin định tuyến cập nhật liên tục từ mỗi nút đến mọi nút khác trong mạng Các giao thức này yêu cầu mỗi nút duy trì một hoặc nhiều bảng ghi để lưu trữ thông tin định tuyến, và chúng đáp ứng những thay đổi trong topo mạng bằng cách phát quảng bá rộng rãi các thông tin cập nhật tuyến qua mạng để duy trì tầm kiểm soát mạng một cách liên tục Những vùng nào khác nhau về số các bảng ghi liên quan đến định tuyến cần thiết và các phương

thức thay đổi cấu trúc mạng sẽ được phát quảng bá để cho tất cả mọi nút đều có thể biết được

Các phương pháp định tuyến theo yêu cầu

Một phương pháp khác với phương pháp định tuyến điều khiển theo bảng ghi đó là định theo yêu cầu Phương pháp này chỉ tạo ra các tuyến khi nút nguồn cần đến Khi một nút yêu cầu một tuyến đến đích, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến Quá trình này chỉ hoàn tất khi đã tìm ra một tuyến sẵn sàng hoặc tất các tuyến khả thi đều đã được kiểm tra

Khi một tuyến đã được khám phá và thiết lập, nó được duy trì bởi một số dạng thủ tục cho đến khi hoặc là tuyến đó không thể truy nhập được từ nút nguồn hoặc là không cần dùng đến nó nữa

1.2.5 Những thách thức đối với mạng Ad­hoc 

9 Việc cấp phát phổ tần số

Hầu hết các mạng Ad-hoc thử nghiệm đều dựa trên băng tần ISM Để ngăn ngừa nhiễu, mạng Ad-hoc phải hoạt động qua một số dải phổ được cấp phát hay chưa được cấp phát Để quản lý tốt thì phổ tần số không chỉ được cấp phát và giám sát một cách chặt chẽ mà còn cần phải trả phí Tuy nhiên, do khả năng hình thành và giải phỏng mạng Ad-hoc như vậy nên về mặt pháp lý sẽ gây nhiều khó khăn trong công tác quản lý, cấp phát và thu phí phổ tần

9 Cơ chế truy nhập

Không giống mạng tế bào, mạng Ad-hoc không có sự điều khiển tập trung và đồng bộ toàn cục Do đó các phương pháp truy nhập truyền thông như TDMA và FDMA không còn thích hợp Ngoài ra, nhiều giao thức điều khiển truy nhập phương tiện MAC cũng

không giải quyết được sự di động của máy chủ Do vậy, các kỹ thuật lập lịch trình và định thời để hỗ trợ QoS gặp rất nhiều khó khăn

9 Giải quyết bài toán định tuyến

Do tính di động nên việc hình thành và phá bỏ các đường thông là theo kiểu không xác định Thuật toán định tuyến phân bố cổ điển Bellman-Ford được dùng để duy trì và cập nhật thông tin định tuyến trong mạng vô tuyến gói Trong khi định tuyến dựa trên véc

tơ khoảng cách tuy không được thiết kế cho mạng không dây nhưng nó vẫn có thể áp dụng cho mạng vô tuyến vì tốc độ di chuyển cao Ngày nay, kĩ thuật vi điện tử tiên tiến

đã cho phép chế tạo các thiết bị di động nhỏ, dễ di chuyển và tích hợp cao Do vậy, mạng Ad-hoc khác với mạng vô tuyến gói do các nút có thể di chuyển tự do hơn, tạo nên sự thay đổi động trong topo mạng Các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách và trạng thái liên kết hiện nay không thể bắt kịp với sự thay đổi liên kết trong mạng Ad-hoc, làm cho độ hội tụ tuyến và độ thông mạng rất thấp Do đó, cần có một giao thức định tuyến mới

9 Giải quyết vấn đề phát tin quảng bá

Sự bùng nổ số lượng người dùng Internet đã góp một phần lớn tạo nên sự ra đời của các công cụ hội nghị video và audio Việc truyền thông đa bên như vậy được thông qua các giao thức định tuyến đa phương Mạng trục đa phương bao hàm sự kết nối của các

bộ định tuyến đa phương có khả năng làm cho các gói tin đa phương đi qua các bộ định tuyến phi đa phương Hiện nay có một số giao thức đa phương sử dụng phương pháp quảng bá để xây dựng một cây đa phương có gốc ở nút nguồn Một số giao thức khác

sử dụng các nút lõi làm nơi xuất phát cây đa phương Tất cả các phương pháp như thế đều dựa trên điều kiện là các bộ định tuyến tĩnh và một khi cây đa phương hình thành thì các nút sẽ không di chuyển Tuy nhiên, điều kiện trong mạng Ad-hoc không phải

lúc nào cũng thỏa mãn như vậy nên việc áp dụng các thuật toán này cũng cần phải có một số hiệu chỉnh, nâng cấp nhất định để đặc thù riêng của mạng

9 Hiệu quả sử dụng nguồn điện

Hầu hết các giao thức mạng hiện nay không quan tâm đến việc tiêu tốn nguồn điện vì các máy chủ và các bộ định tuyến thường được giả định là tĩnh và được cung cấp nguồn từ nguồn chính Các thiết bị di động ngày nay hầu hết được cấp nguồn từ ắc quy Thời gian “sống” của ắc quy hiện nay chỉ từ 2 đến 3 giờ Sự giới hạn như thế đòi hỏi phải bảo trì tốt nguồn điện Đặc biệt, đối với mạng Ad-hoc, các thiết bị di động phải thực hiện vai trò của cả hệ thống đầu cuối (tương tác người dùng khi thực hiện các ứng dụng người dùng) và vai trò của một hệ thống trung gian (hướng gói đi), việc hướng các gói đến phía kia cũng tiêu tốn đáng kể năng lượng

9 Giao thức điều khiển truyền

Giao thức điều khiển truyền TCP là một giao thức đầu cuối đến đầu cuối được thiết kế phục vụ việc điều khiển nghẽn và điều khiển luồng trong mạng TCP là một giao thức hướng kết nối, do đó kết nối thiết lập ưu tiên cho việc truyền dữ liệu và loại bỏ khi việc truyền dữ liệu hoàn thành Giao thức mạng Internet (IP) là phi kết nối nên cần có một giao thức truyền dẫn hướng kết nối đáng tin cậy qua một giao thức mạng không tin cậy

là cần thiết Tuy nhiên, TCP giả sử rằng các nút trong tuyến là tĩnh và chỉ thực hiện các điều khiển nghẽn và điều khiển luồng ở các nút nguồn và đích TCP dựa vào việc đo đạc thời gian toàn trình (RTT) và mức tổn thất gói tin để kết luận là có nghẽn mạch hay không mà không thể phân biệt được sự có mặt của tính di động làm tổn thất gói tăng RTT Do vậy, cần có một số thay đổi tiên tiến hơn để bảo đảm giao thức truyền dẫn thực hiện hợp lý mà không ảnh hưởng thông lượng truyền thông đầu cuối đến đầu cuối

9 Định vị, cung cấp và truy nhập dịch vụ

Các mạng Ad-hoc gồm các thiết bị không đồng nhất và không phải mọi nút đều đóng vai trò là một máy chủ Máy con khởi đầu các yêu cầu tác vụ đến máy chủ để thực thi

và chờ kết quả về có thể bị giới hạn về băng thông và công suất nguồn Do đó, khái niệm lập trình từ xa được sử dụng trong các đầu cuối di động được sử dụng nhiều do

nó giảm được tương tác giữa máy con và máy chủ qua môi trường không dây Vấn đề đặt ra là một thiết bị di động làm sao để có thể truy nhập từ xa qua mạng Ad-hoc và thiết bị phải như thế nào để có thể quảng bá dịch vụ mong muốn đến một nhóm các thành viên trong mạng … là những vấn đề cần được nghiên cứu

9 Vấn đề bảo mật

Các mạng Ad-hoc là các mạng Intranet trừ phi chúng có khả năng kết nối với Internet

Sự truyền thông có ranh giới như vậy đã cách ly được những kẻ tấn công từ bên ngoài Tuy nhiên chỉ cần một nút mạng bất kỳ kết nối với Internet Sự truyền thông có ranh giới như vậy đã cách ly được những kẻ tấn công từ bên ngoài Tuy nhiên chỉ cần một nút mạng bất kỳ kết nối với Internet, toàn bộ mạng cũng sẽ được kết nối với Internet và giống mạng không dây thông thường, mạng Ad-hoc cũng phải đối mặt với nhiều nguy

cơ bị tấn công từ bên ngoài mặc dù đã có những phương pháp xác nhận các nút hàng xóm tin cậy

1.3 Kết luận

Mạng di động không dây Ad-hoc là một mô hình mạng mới, có tính linh động cao, tự hình thành và tự tổ chức, ứng dụng trong các lĩnh vực quân sự, các hội nghị hay hoạt động cứu hộ … Mạng Ad-hoc về cơ bản khác với mạng không dây thông thường và có nhiều ưu điểm hơn mạng không dây thông thường Tuy nhiên, bên cạnh những ưu thế của nó, mạng Ad-hoc cũng phải đối mặt với không ít thách thức như vấn đề bảo mật, chất lượng dịch vụ, cơ chế truy nhập, khả năng sử dụng nguồn của các thiết bị … đặc biệt cần có một giao thức định tuyến phù hợp với đặc điểm của mạng Như đã trình

bày, các giao thức định tuyến cổ điển không đáp ứng được yêu cầu của mạng Ad-hoc

do đó mạng Ad-hoc cần có những giao thức định tuyến riêng Chương 2 sẽ đi sâu vào nghiên cứu ba giao thức định tuyến phổ biến của mạng Ad-hoc

DI ĐỘNG AD-HOC

Giao thức định tuyến là một trong những vấn đề quan trọng cần được quan tâm khi tìm hiểu về một mô hình mạng bất kỳ Mạng có hoạt động hiệu quả hay không hoàn toàn phụ thuộc vào giao thức định tuyến sử dụng có tối ưu hay không Chương này đưa ra một số yêu cầu đối với các giao thức định tuyến của mạng Ad-hoc và đi sâu nghiên cứu phương thức hoạt động của ba giao thức khá phổ biên của mạng Ad-hoc: giao thức định tuyến véc tớ khoảng cách tuần tự đến đích DSDV (Destination Sequence Distance Vector), giao thức định tuyến véc tơ cự ly theo yêu cầu tùy biến AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector) và giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing)

2.1 Các yêu cầu đối với giao thức định tuyến

Như đã trình bày ở chương 1, các giao thức định tuyến thông thường không đáp ứng được yêu cầu của mạng Ad-hoc Từ những đặc điểm đã được nêu trên có thể đưa ra một số yêu cầu đối với một giao thức định tuyến cho mạng Ad-hoc:

¾ Hoạt động phân tán: giao thức cần hoạt động phân tán, không phụ thuộc vào nút mạng điều khiển tập trung (vì Ad-hoc là mạng phân tán)

¾ Hoạt động dựa trên yêu cầu: tối thiểu hóa phần thông tin điều khiển trong mạng, giao thức định tuyến thuộc nhóm định tuyến theo yêu cầu có thể đáp ứng được điều này Nó chỉ tìm đường khi cần thiết và không quảng bá thông tin điều khiển định kỳ

¾ Hỗ trợ các liên kết một chiều: trong môi trường vô tuyến có thể hình thành liên kết một chiều và trong một số trường hợp sử dụng liên kết một chiều lại hiệu quả hơn liên kết hai chiều

¾ Bảo mật: môi trường vô tuyến rất dễ bị tấn công, khai thác thông tin, do đó mã hóa và chứng thực là cách bảo mật thông thường nhất được áp dụng hiện nay

¾ Bảo toàn năng lượng: nút mạng trong mạng Ad-hoc có thể là máy tính xách tay

và các loại máy khách nhỏ gọn khác như PDA thường có giới hạn về thời gian

sử dụng nguồn, nên cần có chế độ chờ để tiết kiệm năng lượng Do đó giao thức định tuyến sử dụng cần hỗ trợ chế độ chờ của nút mạng

¾ Nhiều đường định tuyến: nhằm giảm số lần tác động do sự thay đổi về cấu trúc mạng hoặc khi đường định tuyến bị nghẽn Nếu như một đường định tuyến không sử dụng được thì một đường định tuyến khác, đã được lưu trữ, phải dùng được và như vậy sẽ giúp giao thức định tuyến không cần khởi tạo thủ tục tìm đường khác

¾ Hỗ trợ QoS: có nhiều loại QoS cần được sự hỗ trợ của các giao thức định tuyến,

nó phụ thuộc vào mục đích của mạng, chẳng hạn hỗ trợ lưu lượng thời gian thực

…

Hiện nay chưa có giao thức nào đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên tuy nhiên các giao thức của mạng Ad-hoc cũng đã có các chức năng cần thiết đáp ứng được một số yêu cầu để mạng có thể hoạt động hiệu quả Trong đồ án này, em sẽ tìm hiểu 3 giao thức định tuyến cơ bản và khá phổ biến của mạng Ad-hoc: định tuyến vec tơ khoảng cách tuần tự đến đích (DSDV), định tuyến vec tơ cự ly theo yêu cầu tùy biến (AODV), định tuyến nguồn động (DSR)

2.2 Giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách tuần tự đến đích (DSDV)

2.2.1 Đặc điểm của giao thức định tuyến DSDV

Giao thức định tuyến DSDV là một giao thức định tuyến điều khiển theo bảng ghi dựa trên thuật toán định tuyến phân bố cổ điển Bellman-Ford do đó nó có những đặc điểm của giao thức véc tơ khoảng cách Ở đây có sự cải tiến đó là tránh các vòng lặp tuyến trong bộ định tuyến Mỗi nút trong mạng duy trì một bảng định tuyến bao gồm tất cả các đích có thể đến trong mạng và số chặng đến mỗi đích Do đó, thông tin định tuyến luôn sẵn sàng, bất kể nút nguồn có yêu cầu một tuyến hay không

Một hệ thống đánh số thứ tự SN (sequence number) được sử dụng để cho phép các nút mạng có thể phân biệt các tuyến cũ và mới Thông tin cập nhật bảng định tuyến được gửi định kỳ qua mạng để duy trì tính ổn định của bảng Ngoài ra, giao thức này phản ứng tương đối nhanh khi topo mạng thay đổi, nút mạng sẽ phát đi các bản tin quảng bá ngay khi phát hiện topo mạng thay đổi

2.2.2 Mô tả 

Trong mạng di động Ad-hoc, mỗi nút mạng gồm có 2 địa chỉ: địa chỉ vật lý (MAC) và địa chỉ mạng Giao thức DSDV có thể làm việc với cả 2 địa chỉ này Nếu giao thức hoạt động ở lớp 3 thì bảng định tuyến sẽ sử dụng địa chỉ mạng này cho địa chỉ của nút nguồn, đích và các nút trung gian Nếu giao thức hoạt động ở lớp 2 thì bảng định tuyến

cầu đối với giao thức do đó để đơn giản, trong đồ án em dùng địa chỉ mạng để mô tả quá trình hoạt động của giao thức DSDV

Trong giao thức DSDV, các bản tin được truyền giữa các nút mạng dựa trên bảng định tuyến được lưu tại mỗi nút trong mạng Mỗi bảng định tuyến tại mỗi nút mạng bao gồm tất cả các nút mạng đích và số chặng để tới mỗi đích Mỗi entry trong bảng được đánh dấu bởi SN được tạo bởi nút mạng đích Mỗi nút mạng gồm 2 bảng định tuyến: một bảng dùng để chuyển tiếp các bản tin, một bảng dùng để quảng bá các bản tin định tuyến

Hình 2-1 Mô hình mạng Ad-hoc gồm 4 nút mạng Giả sử với topo mạng như trên ta sẽ có bảng định tuyến của nút A (để gửi gói tin)

Bảng 2-1 Bảng định tuyến của nút A

Destination Next Hop Metric SN Install

Time

Stable Data

Trong đó:

Destination: địa chỉ IP của nút đích

Next hop: nút tiếp theo mà bản tin sẽ chuyển tới trên đường tới đích

Metric: số chặng mà bản tin phải đi qua để tới đích

SN (sequence number): được tạo ra bởi nút đích, để tránh các vòng lặp tuyến

Install Time: thời gian thiết lập entry của nút mạng tương ứng

Stable Data: những thông tin định tuyến ổn định (giảm sự biến thiên của bảng định tuyến)

Bảng định tuyến để quảng bá các bản tin định tuyến:

Bảng 2-2 Bảng quảng bá định tuyến của nút A

Destination Next Hop Metric SN Install

Time

Stable Data

mới Các bản tin cập nhật này sẽ cho biết dữ liệu cần đi từ nút nào đến nút nào và số chặng để tới được nút đó, cũng giống như trong thuật toán vec tơ khoảng cách

2.2.2.1 Quảng bá định tuyến 

Giao thức DSDV yêu cầu mỗi nút mạng quảng bá bảng định tuyến của nó tới các nút hàng xóm Thông tin định tuyến được quảng bá broadcast hoặc multicast và được phát định kỳ ngay cả khi topo mạng không đổi Khoảng thời gian giữa những lần nhận bản tin quảng bá được ghi lại trong một bảng thời gian và dựa vào đó, các nút mạng có thể đưa ra quyết định làm chậm quá trình quảng bá các bản tin đó cùng SN nhưng khác metric để làm giảm sự biến thiên của bảng định tuyến

Những entry trong bảng có thể thay đổi theo thời gian, do đó các bản tin quảng bá phải được phát thường xuyên để đảm bảo mỗi nút mạng đều có thể xác định được các nút khác trong mạng Ngoài ra, các nút mạng có thể đóng vai trò như một nút chuyển tiếp các bản tin tới các nút khác khi được yêu cầu, do đó các nút mạng có thể trao đổi dữ liệu với các nút khác ngay cả khi các nút đích không nằm trong phạm vi truyền của nút nguồn

Tất cả các nút mạng đều phải làm việc để tạo ra tuyến đường giữa chúng bằng cách quảng bá định kỳ các thông tin cần thiết, khoảng vài giây một lần Trong môi trường mạng không dây, các bản tin quảng bá bị giới hạn bởi phạm vi truyền của các nút mạng Trong khi với mạng thông thường hoàn toàn không có sự hạn chế này

Mỗi lần quảng bá bản tin định tuyến tới các nút hàng xóm gần nhất của nó, mỗi nút sẽ tạo ra một giá trị SN (được lưu trong bảng định tuyến của nút đó) Bản tin quảng bá gồm các trường sau:

Địa chỉ của nút đó

SN của nút đó (số chẵn)

Khi các nút hàng xóm nhận được thông tin mới, nó sẽ lập tức cập nhật vào bảng định tuyến của mình, tăng giá trị metric tới nút vừa cập nhật (cộng 1) sau đó các nút này lại quảng bá thông tin định tuyến tới các nút hàng xóm gần nhất của nó Thông tin quảng

bá của những nút này bao gồm định tuyến vừa cập nhật và định tuyến của bản thân nút

đó Những định tuyến có SN mới nhất sẽ là cơ sở để quyết định chọn đường định tuyến ngắn nhất

Tuy nhiên, do các nút mạng quảng bá lại các thông tin định tuyến vừa cập nhật được sẽ tác động đến quá trình quảng bá thông tin định tuyến giữa các nút mạng, ảnh hưởng tới khả năng hội tụ của mạng Khi các nút mạng dịch chuyển nhiều có thể tạo ra “cơn bão”các bản định tuyến, làm giảm tính sẵn sàng của đường truyền không dây

2.2.2.2 Topo mạng thay đổi 

Khi các nút mạng dịch chuyển từ nơi này đến nơi khác, liên kết của nó với các nút hàng xóm bị đứt Việc đứt kết nối có thể được phát hiện bởi giao thức lớp 2 hoặc trong trường hợp các nút hàng xóm không nhận được bản tin quảng bá định tuyến từ nút đó Ngay khi phát hiện liên kết bị đứt, các nút hàng xóm thiết lập metric tới nút vừa dịch chuyển giá trị ∞ (hoặc bất kỳ giá trị nào lớn hơn giá trị lớn nhất) đồng thời gán cho SN của nó một giá trị là số lẻ (SN được sinh ra bởi nút đích là số chẵn) Đây là trường hợp duy nhất SN có thể được sinh ra từ các nút mạng khác ngoài nút đích Sau đó, các nút hàng xóm này sẽ quảng bá ngay bản tin cập nhật định tuyến để phát đi những thông tin mới tới các hàng xóm khác Do đó, toàn bộ các nút trong mạng đều có thể cập nhật được thông tin về liên kết bị đứt và sẽ xóa định tuyến này khỏi bảng định tuyến của chúng