ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN MINH NGUYỆT ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT BẰNG MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG ĐẶC BIỆT DI ĐỘNG MANET LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà N
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN MINH NGUYỆT
ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT BẰNG MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG ĐẶC BIỆT DI ĐỘNG MANET
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội – 2005
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN MINH NGUYỆT
ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT BẰNG MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG ĐẶC BIỆT DI ĐỘNG MANET
Ngành: Công nghệ thông tin
Mã số: 1.01.10
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Đình Việt
Hà Nội – 2005
Trang 3TÓM TẮT
Mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) là một công nghệ hứa hẹn của mạng không dây di động tương lai với việc loại bỏ sự phụ thuộc vào cơ sở mạng cố định, giúp việc triển khai nhanh, có tính linh động cao và chi phí hoạt động thấp Một trong các vấn đề nghiên cứu chính của mạng MANET là việc thiết kế các giải thuật định tuyến Hiện tại có rất nhiều đề xuất được gửi tới nhóm làm việc về mạng MANET của tổ chức IETF [12], nhưng hiện vẫn chưa có giao thức nào được chọn làm chuẩn do vẫn còn những yếu tố hiệu suất liên quan tới các giao thức cần được xem xét hơn nữa Luận văn nghiên cứu các giải pháp định tuyến cho loại mạng này
và đánh giá chúng trên cơ sở lý thuyết và thông qua mô phỏng Từ các nghiên cứu, luận văn đưa ra các kết luận về hiệu suất của các giao thức cụ thể và ngữ cảnh thích hợp cho việc sử dụng chúng
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân tôi, không sao chép lại của người khác Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình
Hà Nội, 12/2005 Nguyễn Minh Nguyệt
Trang 5MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ 6
DANH MỤC BẢNG 7
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8
LỜI CÁM ƠN 9
MỞ ĐẦU 10
Chương 1: GIỚI THIỆU 12
1.1 Mạng đặc biệt di động MANET 12
1.1.1 Sự phát triển của mạng 13
1.1.2 Các ngữ cảnh sử dụng mạng 15
1.1.3 Các đặc điểm mạng 16
1.2 Vấn đề định tuyến 17
1.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống 18
1.2.2 Bài toán định tuyến mạng MANET 19
Chương 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MẠNG MANET 21
2.1 Các kỹ thuật định tuyến mạng MANET 21
2.1.1 Định tuyến Link State và Distance Vector 21
2.1.2 Định tuyến chủ ứng và định tuyến phản ứng 21
2.1.3 Cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện 22
2.1.4 Cấu trúc phẳng và cấu trúc phân cấp 22
2.1.5 Tính toán phi tập trung và tính toán phân tán 23
2.1.6 Định tuyến nguồn và định tuyến theo chặng 23
Trang 62.1.7 Đơn đường và đa đường 23
2.2 Phân loại các giao thức định tuyến mạng MANET 24
2.2.1 Giao thức DSDV (Destination-Sequence Distance Vector) 24
2.2.2 Giao thức OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) 25
2.2.3 Giao thức AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector Routing) 26
2.2.4 Giao thức DSR (Dynamic Source Routing) 27
2.2.5 Giao thức TORA (Temporally-Ordered Routing Algorithm) 28
2.2.6 So sánh các giao thức 30
Chương 3: CÁC MẠNG MANET MÔ PHỎNG 34
3.1 Mô hình các mạng MANET 34
3.2 Bộ mô phỏng NS2 35
3.3 Thiết lập mạng MANET mô phỏng trong NS2 37
3.3.1 Mô phỏng mạng không dây di động 37
3.3.1.1 Nút di động mô phỏng 37
3.3.1.2 Mô hình phương tiện chia sẻ 38
4.3.1.3 Hoạt động của nút di động 39
3.3.2 Tạo ngữ cảnh 40
3.3.2.1 Các mô hình di chuyển 40
3.3.2.2 Các mô hình thông lượng 44
3.4 Tổng quan quá trình mô phỏng 45
3.5 Mô phỏng các giao thức định tuyến 46
3.5.1 DSDV 46
3.5.2 AODV 47
3.5.3 DSR 48
Trang 73.5.4 TORA 48
3.5.5 OLSR 49
Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC 51
4.1 Các tham số của môi trường 51
4.2 Các độ đo hiệu suất 52
4.3 Các thí nghiệm mô phỏng 53
4.3.1 Thí nghiệm 1: Sử dụng mô hình Random Waypoint 54
4.3.2 Thí nghiệm 2: Sử dụng mô hình Random Walk 61
4.3.3 Thí nghiệm 3: Sử dụng mô hình Random Direction 65
4.4 Nhận xét về hiệu suất của các giao thức 69
KẾT LUẬN 72
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
Trang 8DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Mạng MANET 12
Hình 2: Hoạt động của mạng đơn chặng và đa chặng 14
Hình 3: Mạng WPAN với các kết nối Internet 16
Hình 4: Phân loại các giao thức định tuyến mạng MANET 24
Hình 5: Định tuyến trạng thái liên kết và định tuyến cải tiến trong OLSR 26
Hình 6: Sự hình thành đường trong giao thức TORA 29
Hình 7: Nút di động mô phỏng trong NS2 37
Hình 8: Mô hình phương tiện chia sẻ trong NS2 39
Hình 9: Di chuyển của một nút theo mô hình Random Waypoint 41
Hình 10: Di chuyển của một nút theo mô hình Random Walk 43
Hình 11: Di chuyển của một nút theo mô hình Random Direction 44
Hình 12: Các mô hình thông lượng trong NS2 44
Hình 13: Tổng quan quá trình mô phỏng 45
Hình 14: So sánh kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Waypoint 56
Hình 15: So sánh trễ đầu cuối trung bình trong mô hình Random Waypoint 59
Hình 16: So sánh tải định tuyến chuẩn hoá trong mô hình Random Waypoint 61
Hình 17: So sánh kết qủa phân phát gói tin trong mô hình Random Walk 63
Hình 18: So sánh thời gian trễ trung bình trong mô hình Random Walk 64
Hình 19: So sánh tải định tuyến chuẩn hoá trong mô hình Random Walk 65
Hình 20: So sánh kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Direction 67
Hình 21: So sánh thời gian trễ trung bình trong mô hình Random Direction 67
Hình 22: So sánh tải định tuyến chuẩn hóa trong mô hình Random Direction 68
Trang 9DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: So sánh độ phức tạp của các giao thức 30
Bảng 2: So sánh giữa các giao thức 32
Bảng 3: So sánh giữa các giao thức (tiếp) 33
Bảng 4: Các tham số của mô hình Random Waypoint 41
Bảng 5: Các tham số của mô hình Random Walk 42
Bảng 6 Các tham số của mô hình Random Direction 43
Bảng 7: Các tham số hoạt động của DSDV trong NS2 47
Bảng 8: Các tham số hoạt động của AODV trong NS2 47
Bảng 9: Các tham số hoạt động của DSR trong NS2 48
Bảng 10: Các tham số hoạt động của TORA trong NS2 49
Bảng 11: Các tham số hoạt động của OLSR trong mô phỏng 50
Bảng 12: Cấu hình các mạng mô phỏng theo mô hình Random Waypoint 55
Bảng 13: Tải định tuyến chuẩn hoá của TORA trong mô hình Random Waypoint.61 Bảng 14: Cấu hình các mạng mô phỏng theo mô hình Random Walk 63
Bảng 15: Cấu hình các mạng mô phỏng theo mô hình Random Direction 66
Trang 10BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Distance Vector
CSMA/CA Carrier Sense Multiple
Access with Collision Avoidance
Research Projects Agency
DSDV Destination-Sequenced
Distance Vector
Electronic Engineering
Task Force
Routing Protocol
Assistant
Protocol
TORA Temporally-Ordered
Routing Algorithm