Nghiên cứu các giao thức định tuyến AODV, DSR, DSDV trong mạng MANET

Trong các giao thức định tuyến theo vị trí, mối quan hệ về vị trí gi a các nút chuyển tiếp gói tin và nút đích, cùng với sự di chuyển của nút, có thể được sử dụng trong cả quá trình khám

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, đƣợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả luận văn

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo hướng dẫn TS Huỳnh Hữu Hưng, người đã tận tình dẫn dắt và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, những người đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ

và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn các anh chị lớp cao học Khoa học máy tính khóa K32

và các bạn đồng nghiệp đã luôn bên cạnh, động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Huỳnh Thị Liêu

TRANG THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR,

DSDV TRONG MẠNG MANET

Học viên:HUỲNH THỊ LIÊU Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01.01 Khóa:32 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - MANET cho phép các máy tính di động thực hiện kết nối và truyền

thông với nhau không cần dựa trên cơ sở hạ tầng mạng có dây Trong MANET mọi nút mạng đều có thể thực hiện chức năng của một router, chúng cộng tác với nhau, thực hiện chuyển tiếp các gói tin hộ các nút mạng khác nếu các nút mạng này không thể truyền trực tiếp với nút nhận Định tuyến là bài toán quan trọng nhất đối với việc nghiên cứu MANET Trong các nghiên cứu gần đây các giao thức AODV, DSR, DSDV chỉ ra cách thức truyền gói tin đến các nút mạng trong mạng tùy biến không dây Đánh giá hiệu quả các quá trình truyền tin của các giao thức định tuyến đó trong mạng MANET dựa trên phương pháp mô phỏng

Từ khóa – mạng MANET, định tuyến AODV, định tuyến DSR, định tuyến

DSDV, so sánh các giao thức

RESEARCH THE AODV ROUTING PROTOCOL, DSR, DSDV IN

MANET NETWORKS Abstract - MANET allow mobile computers try to connect and communicate with

each other without relying on the infrastructure wireless network In Manet every network node can perform the functions of a router, we work together, carry forward the packets households other network nodes if the network nodes can not be transmitted directly to the receiving node Routing is the most important problem for the study of Manet In the recent study protocols AODV, DSR, DSDV indicate how the packet to the network nodes in the wireless ad hoc network Evaluate the effectiveness of the communication process of routing protocols in MANET network based on simulation methods

Key words - ANET networks; AODV protocol; DSR Protocol, DSDV Protocol;

comparison of the Protocol

TRANG THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR,

DSDV TRONG MẠNG MANET

Học viên:HUỲNH THỊ LIÊU Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01.01 Khóa:32 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - MANET cho phép các máy tính di động thực hiện kết nối và truyền

thông với nhau không cần dựa trên cơ sở hạ tầng mạng có dây Trong MANET mọi nút mạng đều có thể thực hiện chức năng của một router, chúng cộng tác với nhau, thực hiện chuyển tiếp các gói tin hộ các nút mạng khác nếu các nút mạng này không thể truyền trực tiếp với nút nhận Định tuyến là bài toán quan trọng nhất đối với việc nghiên cứu MANET Trong các nghiên cứu gần đây các giao thức AODV, DSR, DSDV chỉ ra cách thức truyền gói tin đến các nút mạng trong mạng tùy biến không dây Đánh giá hiệu quả các quá trình truyền tin của các giao thức định tuyến đó trong mạng MANET dựa trên phương pháp mô phỏng

Từ khóa – mạng MANET, định tuyến AODV, định tuyến DSR, định tuyến

DSDV, so sánh các giao thức

RESEARCH THE AODV ROUTING PROTOCOL, DSR, DSDV IN

MANET NETWORKS Abstract - MANET allow mobile computers try to connect and communicate with

each other without relying on the infrastructure wireless network In Manet every network node can perform the functions of a router, we work together, carry forward the packets households other network nodes if the network nodes can not be transmitted directly to the receiving node Routing is the most important problem for the study of Manet In the recent study protocols AODV, DSR, DSDV indicate how the packet to the network nodes in the wireless ad hoc network Evaluate the effectiveness of the communication process of routing protocols in MANET network based on simulation methods

Key words - ANET networks; AODV protocol; DSR Protocol, DSDV Protocol;

comparison of the Protocol

MỤC LỤC

L I M O N i

L I ẢM ƠN ii

TRANG THÔNG TIN iii

MỤ LỤ iv

NH MỤ K HI U, H VI T T T vi

NH MỤ BẢNG BIỂU vii

NH MỤ HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Mục tiêu và nội dung 1

2 ối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Bố cục luận văn 2

CHƯƠNG 1 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET 3

1.1 Giao thức định tuyến cổ điển 3

1.1.1 ịnh tuyến dựa trên trạng thái liên kết 3

1.1.2 ịnh tuyến dựa trên vector khoảng cách 4

1.2 Giao thức định tuyến cho mạng MANET 4

1.2.1 ác yêu cầu chung 4

1.2.2 Phân loại 7

1.3 So sánh các giao thức định tuyển MANET 10

1.3.1 So sánh các giao thức định tuyến cùng kiểu 11

1.3.2 So sánh các giao thức định tuyến khác kiểu 13

TIỂU K T HƯƠNG 1 14

CHƯƠNG 2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR, DSDV 15

2.1 Giao thức định tuyến AODV 15

2.1.1 Khám phá đường 16

2.1.2 Thiết lập đường đảo chiều 17

2.1.3 Thiết lập đường chuyển tiếp 17

2.1.4 Quản lý bản định tuyến 18

2.1.5 uy trì đường 19

2.1.6 Xử lý lỗi, hết hạn và xóa bỏ tuyến 21

2.1.7 Quản lý kết nối nội vùng 23

2.2 Giao thức định tuyến DSR 23

2.2.1 ơ chế tạo thông tin định tuyến (Route iscovery) 25

2.2.2 ơ chế duy trì thông tin định tuyến (Route Maintanance): 31

2.3 GI O THỨ S V 31

2.4 SO S NH GI O THỨ ỊNH TUY N 34

TIỂU K T HƯƠNG 2 36

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIAO THỨC AODV, DSR VÀ DSDV 37

3.1 MÔI TRƯ NG MÔ PHỎNG NS-2 37

3.1.1 Giới thiệu về môi trường NS-2 37

3.1.2 ài đặt NS-2 trên Window 39

3.2 MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG ÂY TRONG MÔI TRƯ NG NS-2 40

3.2.1 Tạo MobileNode trong NS 41

3.2.2 Tạo sự hoạt động cho Node 42

3.2.3 ác thành phần cấu thành mạng trong một MobileNode 42

3.3.MÔ PHỎNG HO GI O THỨ ỊNH TUY N THEO YÊU ẦU TRÊN MẠNG M NET 46

3.3.1 Kết quả mô phỏng 46

3.3.2 Mô phỏng di chuyển trong mạng 48

TIỂU K T HƯƠNG 3 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC CÁC K HIỆU, CÁC CH VIẾT TẮT

IBSS Independent Basic Service sets

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

WPAN Wireless Persional Area Network

WUSB Wireless Universal Serial Bus

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông tin lưu tr trong Route ache tại thời điểm 1 28 Bảng 2.2 Thông tin lưu tr trong Route ache tại thời điểm 2 29 Bảng 2.3 Thông tin lưu tr trong Route ache tại thời điểm 3 29 Bảng 2.4 Thông tin lưu tr trong Route ache tại thời điểm 4 30

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hệ tọa độ cơ bản mô tả môi trường mạng M NET 5 Hình1.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng M NET 7

Hình 3.14a Thông lượng trung bình của giao thức O V 54 Hình 3.14b Thông lượng trung bình của giao thức SR 54 Hình 3.14c Thông lượng trung bình của giao thức S V 54

MỞ ĐẦU

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu thông tin ngày càng tăng lên, người dùng cần nhu cầu kết nối thông tin mọi lúc mọi nơi Nh ng năm gần đây công nghệ thông tin đã có nh ng bước tiến vượt bậc và được áp dụng vào hầu hết các mặt của đời sống xã hội như kinh tế, giáo dục, y tế, quân sự ùng với sự gia tăng nhanh chóng

về số lượng cũng như công nghệ thiết bị di động kéo theo nhu cầu của người sử dụng công nghệ không dây ngày càng đa dạng ể đáp ứng được xu thế đó, mạng thông tin không dây ngày nay có 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 Mặt khác, có nhiều giao thức định tuyến ra đời nhằm đáp ứng việc nâng cao chất lượng dịch vụ,

từ đó có nh ng đánh giá hiệu năng

MANET (Mobile Wireless dhoc Network) cho phép các máy tính di động thực hiện kết nối và truyền thông với nhau không cần dựa trên cơ sở hạ tầng mạng

có dây Trong MANET mọi nút mạng đều có thể thực hiện chức năng của một router, chúng cộng tác với nhau, thực hiện chuyển tiếp các gói tin hộ các nút mạng khác nếu các nút mạng này không thể truyền trực tiếp với nút nhận ịnh tuyến là bài toán quan trọng nhất đối với việc nghiên cứu MANET Trong các nghiên cứu gần đây các giao thức O V, SR, S V chỉ ra cách thức truyền gói tin đến các nút mạng trong mạng tùy biến không dây

Nội dung chính của luận văn “Nghiên cứu các giao thức định tuyến AODV,

DSR, DSDV trong mạng MANET” ồng thời đánh giá hiệu quả các quá trình

truyền tin của các giao thức định tuyến đó trong mạng MANET dựa trên phương pháp mô phỏng

1 Mục tiêu và nội dung

Mục tiêu

Mục tiêu chính của đề tài này là nghiên cứu các giao thức định tuyến O V,

SR, S V trong mạng MANET, mô phỏng và đánh giá hiệu suất các giao thức đó

Nội dung

- Nghiên cứu và tìm hiểu về mạng MANET

- Nghiên cứu các giao thức O V, SR, S V

- Mô phỏng và đánh giá kết quả

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng

- Mạng không dây MANET

- ác giao thức định tuyến O V, SR, S V trong mạng MANET

3 Phương pháp nghiên cứu

3.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Tìm hiểu các tài liệu có liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu bài báo trong nước và ngoài nước có liên quan

hương 2 GI O THỨ ỊNH TUY N O V, SR, S V

Nội dung chính trong chương 2, trình bày các rõ ràng các đặc điểm của 3 giao thức O V, SR, S V

hương 3: MÔ PHỎNG VÀ NH GI GI O THỨ O V, SR, DSDV

Trong chương này, nêu một kịch bản cụ thể và mô phỏng giao thức O V,

SR, S V trong mạng MANET ánh giá các giao thức trên

CHƯƠNG 1 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET

ặc tính động của MANET gây ra sự thay đổi thường xuyên và khó đoán trước của topo mạng, làm tăng độ khó và độ phức tạp để định tuyến gi a các nút di động Nhiều giao thức định tuyến được đưa ra Tuy nhiên, chúng vẫn gặp phải một

số hạn chế nhất định hương này trình bày và so sánh các loại giao thức định tuyến trong mạng MANET

1.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN

Hiện nay, các giao thức định tuyến đưa ra với MANET đều dựa trên một giao thức định tuyến cổ điển làm thuật toán cơ bản Do đó, việc tìm hiểu nghiên cứu các hoạt động cơ bản của các giao thức này là hết sức cần thiết

Giao thức cổ điển như định tuyến theo vector khoảng cách, định tuyến theo trạng thái liên kết đã được sử dụng từ rất lâu và đã trở nên rất quen thuộc Tuy nhiên, các giao thức này chỉ thích hợp cho cấu trúc mạng tĩnh, hoạt động hiệu quả ở mạng MANET có tốc độ di chuyển thấp, cấu trúc mạng ít thay đổi Ngoài ra, giao thức này hoạt động phụ thuộc vào bản tin điều khiển định tuyến, nên với số lượng nút mạng tăng, yêu cầu trao đổi gi a các nút mạng tăng lên, thông tin cập nhật định tuyến lớn, chúng sẽ tiêu tốn băng thông, năng lượng và CPU Bởi vì hai loại giao thức định tuyến trên duy trì định tuyến đến tất cả các nút mạng, nó không quan tâm nút mạng có tham giao truyền thông tin trong mạng tại mọi thời điểm hay không Hơn n a, giao thức định tuyến cổ điển rằng buộc liên kết phải là hai chiều, nên cần

có nh ng cải thiện nhất định cho thông tin vô tuyến nói chung và mạng MANET nói riêng

1.1.1 Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết

Phương pháp định tuyến dựa trên trạng thái liên kết dựa trên giá của mỗi liên kết (cost) và nút mạng phải duy trì cấu trúc mạng hoàn chỉnh với tham số này Tham số “giá” sẽ được cập nhật bằng cách mỗi nút mạng sẽ gửi thông tin quảng bá một cách liên tục “giá” của các liên kết xuất phát từ nó tới tất cả các nút mạng khác

sử dụng thuật toán flooding Mỗi nút mạng khi nhận được các thông tin này sẽ cập nhật cấu trúc mạng và sử dụng thuật toán tìn đường đi ngắn nhất để chọn nút mạng tiếp theo cho đường định tuyến đến nút mạng khác Liên kết có thể có giá không

chính xác do nhiều nguyên nhân như trễ đường truyền, sự phân tách của mạng Các cấu hình mạng thay đổi có thể hình thành định tuyến khép kín Tuy nhiên, đường định tuyến kiểu này có thời gian tồn tại ngắn vì chúng sẽ bị xóa ngay khi bản tin đã

đi qua toàn bộ mạng

1.1.2 Định tuyến dựa trên vector khoảng cách

Phương pháp này định tuyến dựa trên vector khoảng cách, có cải tiến hơn so với phương pháp định tuyến dựa trên trạng thái liên kết Tức là mỗi nút mạng chỉ giám sát giá của liên kết xuất phát từ nó và không quảng bá thông tin đến tất cả nút mạng, nó gửi quảng bá đều đặn đến nút liền cạnh thông tin về khoảng cách ngắn nhất tới nút khác trong mạng Nút mạng khác khi nhận được thông tin này sẽ tính toán lại bảng định tuyến thông qua thuật toán tìm đường đi ngắn nhất

Giao thức này hoạt động hiệu quả hơn, đơn giản hơn và yêu cầu ít bộ nhớ lưu

tr hơn Nhưng nó có thể sinh ra đường định tuyến khép kín có thời gian tồn tại thay đổi dài ngắn khác nhau, vì bảng định tuyến có thể xây dựng từ thông tin đã tồn tại lâu quá trên mạng (không được cập nhật)

1.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG MANET

1.2.1 Các yêu cầu chung

Do các nút trong mạng MANET luôn di động và có nhiều đặc tính khác biệt nên không thể áp dụng các giao thức định tuyến thông thường ác mạng MANET thường được đặc trưng bởi một topo động do các nút di chuyển làm thay đổi vị trí vật lý của chúng ối với mạng MANET, giao thức định tuyến động tỏ ra hiệu quả

và phù hợp hơn các phương pháp định tuyến dựa trên vectơ khoảng cách và trạng thái liên kết Thách thức trong việc thiết kế các giao thức định tuyến là khả năng cập nhật được mức di động của nút mạng hính mức di động này là nguyên nhân làm thay đổi toàn bộ cấu trúc topo của mạng Một nút di động thường bị giới hạn bởi khả năng xử lý của PU, dung lượng lưu tr , công suất nguồn và dải thông

Môi trường truy cập, môi trường vô tuyến cũng có nh ng thuộc tính đặc biệt cần phải chú ý khi thiết kế các giao thức cho mạng MANET Ví dụ các đường truyền vô hướng Nh ng đường truyền này xuất hiện khi hai nút có cường độ khác nhau và cho phép chỉ một nút nghe được nút kia Nhưng chúng cũng có thể xuất hiện do nhiễu từ môi trường xung quanh a chặng trong môi trường vô tuyến có

thể gây ra tăng ích công suất truyền và tăng ích công suất do mối quan hệ căn bậc hai gi a vùng phủ sóng và công suất phát ra Bằng cách sử dụng đa chặng, các nút

có thể truyền các gói tin đi sử dụng công suất ra thấp

Hình 1.1 Mô tả các trục cơ bản có thể sử dụng để đặc tả môi trường mạng MANET Trục đầu tiên là số các nút trong mạng Trục thứ hai là tốc độ mà tại đó topo mạng thay đổi Trục thứ ba là tải lưu lượng trong mạng Khi môi trường di chuyển từ gốc của 3 trục, vấn đề định tuyến trở nên khó khăn hơn Tăng số nút, tăng tốc độ thay đổi topo (nghĩa là tăng tính di động của nút), hoặc tăng tải lưu lượng mong muốn trên mạng là thách thức đói với các giao thức trong mạng MANET

Hình 1.1 Hệ tọa độ cơ bản mô tả môi trường mạng MANET

Yêu cầu đối với một giao thức định tuyến cho mạng MANET Sau đây là một

số yêu cầu quan trọng:

- Hoạt động phân tán: Giao thức định tuyến trong mạng MANET phải là giao thức phân tán yêu cầu độ tin cậy cao o các nút là di động nên giao thức định tuyến tập trung là không phù hợp Mỗi nút mạng phải đủ thông minh để tạo các quyết định định tuyến sử dụng các nút lân cận

- Không lặp vòng: ể nâng cao chất lượng hoạt động, giao thức định tuyến cần đảm bảo đường định được cung cấp không bị lặp vòng, điều này sẽ làm giảm lãng phí băng thông và công suất tiêu hao của PU

- Sử dụng các siêu nút: Tất cả các giao thức hiện có đều giả định rằng các nút

di động là có cùng các đặc tính dựa trên bản chất của mạng tự tổ chức là tập hợp của các nút ngang hàng Mặc dù điều này có thể đúng trong một số trường hợp Tuy nhiên, có trường hợp mà ở đó mạng có các nút có băng thông cao, nguồn nuôi ổn

định, liên kết không dây tốc độ cao hơn so với các nút khác ác nút như vậy được gọi là các siêu nút ác mạng tự tổ chức trong trường hợp này thường có cấu trúc 2 mức: vùng backbone và vùng phụ Vùng backbone bao gồm các siêu nút Thêm vào

đó các siêu nút thường được giả định là có độ di chuyển thấp hơn các nút thường để duy trì sự ổn định của backbone ác nút thường không cần có quyết định định tuyến

- 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 liên tục

- Tính tiên phong (proactive): Trong một số trường hợp, trễ lớn do hoạt động dựa trên yêu cầu là không chấp nhận được o đó phải sử dụng đặc tính tiên phong nếu tài nguyên của mạng (về mặt giải thông) nằm trong khoảng cho phép

- Hỗ trợ các liên kết một chiều: Môi trường vô tuyến có thể là nguyên nhân hình thành các liên kết theo một hướng Sử dụng kiểu liên kết này và kiểu liên kết hai chiều sẽ nâng cao hiệu năng của giao thức định tuyến

- 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.Vấn đề là việc phân bổ các khóa và các nút trong mạng MANET

- Bảo toàn năng lượng: Nút mạng trong mạng MANET có thể là máy tính xách tay hay loại client nhỏ gọn khác như P thường có giới hạn về thời gian sử dụng của pin, nên cần có chế độ chờ (standby mode) để tiết kiệm năng lượng o

đó, giao thức định tuyến sử dụng cần hỗ trợ chế độ chờ của nút mạng

- Nhiều đường định tuyến: Nhằm giảm số lần tác động do sự thay đổi về cấu trúc mạng và khi nhiều đường định tuyến bị nghẽn Nếu như một đường định tuyến không sử dụng được n a thì một đường định tuyến khác có thể thay thế Như vậy, giao thức không cần khởi tạo lại thủ tục tìm đường

- Hỗ trợ QoS: ó 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

1.2.2 Phân loại

ể so sách và phân tích các giao thức định tuyến cho mạng MANET, các phương thức phân loại hợp lý là rất quan trọng ác phương thức phân loại giúp cho các nhà nghiên cứu và các nhà thiết kế hiểu được nh ng đặc trưng khác nhau và mối quan hệ gi a các giao thức ác đặc trưng này chủ yếu liên quan đến việc tập hợp thông tin định tuyến, đến vai trò mà một nút có thể đảm nhận trong quá trình định tuyến

a Định tuyến theo bảng, định tuyến theo yêu cầu và định tuyến lai

Một trong nh ng phương thức phổ biến nhất để phân loại các giao thức định tuyến cho mang MANET là dựa trên việc thông tin định tuyến được tập hợp và được duy trì như thế nào bới các nút di động Sử dụng phương thức này,các giao thức định tuyến cho mạnh MANET được phân chia như hình 1.2

Hình1.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET

 Các giao thức định tuyến proactive: Còn được gọi là các giao thức định

tuyến theo bảng (table-driven) Sử dụng các giao thức này, các nút di động cố gắng đánh giá liên tục các tuyến trong mạng để khi một gói cần phải chuyển tiếp thì tuyến đó đã sẵn sàng để sử dụng Mỗi nút duy trì một hay nhiều bảng chứa thông tin định tuyến tới các nút trong mạng Tất cả các nút trong mạng sẽ cập nhật các bảng

định tuyến trong các giao thức này là khá lớn Khi topo mạng thay đổi, các nút truyền các bản tin thông báo cho nhau để cập nhật thông tin về tuyến của toàn bộ mạng Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) và giao thức định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích S V (Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) là hai ví dụ của giao thức định tuyến proactive

 Các giao thức định tuyến reactive: Còn được gọi là các giao thức định

tuyến theo yêu cầu (on-demand) Sử dụng các giao thức này, thủ tục xác định tuyến chỉ được gọi theo yêu cầu Việc này được thực hiện thông qua hoạt động khám phá tuyến đường (route discovery) Quá trình khám phá tuyến kết thúc sau khi hoặc có một tuyến được tìm ra hoặc không có tuyến nào sẵn có sau khi đã kiểm tra toàn bộ các tuyến đường Trong mạng MANET, các tuyến đang hoạt động có thể bị đứt do tính di động của nút o đó, duy trì tuyến là một hoạt động quan trọng của định tuyến theo yêu cầu So sánh với định tuyến theo bảng, ít tiêu đề định tuyến là 1 ưu điểm của định tuyến theo yêu cầu Tuy nhiên, sử dụng định tuyến theo yêu cầu thì việc gửi gói tin sẽ có trễ lớn do nút nguồn phải tìm đường trước khi gửi d liệu Hai giao thức reactive điển hình là giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu O V (MANET On-demand Distance Vector Routing) và giao thức định tuyến định tuyến nguồn động SR ( ynamic Source Routing)

 Các giao thức định tuyến lai (hybrid): ược đề xuất để kết hợp ưu điểm

của 2 loại giao thức trên và khắc phục các nhược điểm của chúng Thông thường, các giao thức lai được triển khai trong mạng có cấu trúc phân cấp Khi đó, các đặc tính định tuyến theo bảng và định tuyến theo yêu cầu sẽ được khai thác độc lập ở các mức phân cấp khác nhau Zone Routing Protocol (ZRP) và Hybrid MANET Routing Protocol là nh ng ví dụ của giao thức lai

b Cấu trúc và phân bổ tiến trình định tuyến

Một phương thức phân loại khác là dựa trên vai trò có thế có của nút trong cơ chế định tuyến Trong giao thức định tuyến đồng bộ, tất cả các nút di động có cùng vai trò và chức năng SR, O V và S V là nh ng ví dụ về định tuyến đồng bộ

ác giao thức này thường giả định rằng cấu trúc mạng là phẳng Trong một giao thức định tuyến bất đồng bộ, một số nút đảm nhận vai trò quản lý và chức năng

khác nhau Thuật toán phân tán được sử dụng để lựa chọn các nút đặc biệt này Trong một số trường hợp, các phương pháp định tuyến bất đồng bộ gắn liền với cấu trúc mạng phân cấp để dể dàng tổ chức và quản lý các nút ác giao thức định tuyến bất đồng bộ có thể được phân chia dựa trên việc tổ chức các nút di động, chức năng định tuyến và quản lý được thực hiện như thế nào Theo đó, các giao thức định tuyến bất đồng bộ trong mạng MANET được chia thành định tuyến phân cấp theo vùng, định tuyến phân cấp theo nhóm và định tuyến theo nút lõi

Trong các giao thức định tuyến theo vùng, các thuật toán xây dựng vùng khác nhau được triển khai cho việc tổ chức nút Ví dụ, một số thuật toán xây dựng vùng

sử dụng thông tin vị trí địa lý Khai thác hiệu quả việc phân chia vùng sẽ giảm được đáng kể tiêu đề để duy trì thông tin định tuyến ác nút di động trong cùng một vùng biết đường đến các nút khác sẽ có chi phí nhỏ hơn so với việc duy trì thông tin định tuyến tới tất cả các nút trong toàn mạng Một số nút hoạt động như là gateway và đảm nhận truyền thông liên vùng ZRP và ZHLS là hai giao thức định tuyến theo vùng cho mạng MANET

ác giao thức định tuyến theo nhóm sử dụng thuật toán xây dựng nhóm cho việc bầu chọn trưởng nhóm (cluster-head) ác nút di động được nhóm thành các nhóm, trưởng nhóm đóng vai trò quản lý thành viên và đảm nhận chức năng định tuyến lusterhead Gateway Switch Routing ( GSR) là một ví dụ của định tuyến theo nhóm

Trong các giao thức định tuyến theo nút lõi, các nút đặc biệt được tự động lựa chọn để gộp thành 1 backbone trong mạng ác nút “backbone” đảm nhận các vai trò đặc biệt, như là xây dựng và theo dõi đường định tuyến, quảng bá gói tin d liệu Core-Extraction Distributed MANET Routing ( E R) là một ví dụ điển hình của loại định tuyến này

c Khai thác các metric mạng cho định tuyến

Các metric sử dụng cho việc xây dựng tuyến đường có thể được sử dụng để phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET Gần như mọi giao thức định tuyến cho mạng MANET sử dụng “số chặng” làm metric Nếu có nhiều tuyến đường

có sẵn, tuyến nào có số chặng nhỏ nhất sẽ được lựa chọn Nếu tất cả các liên kết không dây có cùng xác suất lỗi thì đường định tuyến ngắn sẽ ổn định hơn đường định

tuyến dài và có thể giảm tiêu đề lưu lượng, giảm xung đột gói tin Tuy nhiên, giả định

có cùng xác suất lỗi có thể không tồn tại trong mạng MANET Theo đó, sự ổn định liên kết phải được cân nhắc trong pha xây dựng tuyến đường Ví dụ, ssociatively Based Routing (ARB) và Signal-Based Routing (SSR) được đề xuất để sử dụng sự ổn định liên kết và độ mạnh tín hiệu như là một metric cho định tuyến

Với sự phổ biến của điện toán di động, một số ứng dụng di động có thể có các yêu cầu QoS khác nhau ể đáp ứng các yêu cầu này, các metric QoS tương ứng lên được sử dụng cho việc định tuyến và chuyển tiếp gói tin trong mạng MANET Giống như mạng có dây, các giao thức định tuyến QoS cho mạng MANET có thể

sử dụng các metric, như là băng thông, trễ, trễ jitter, tỉ lệ lỗi gói tin và chi phí Ví dụ băng thông và độ ổn định liên kết được sử dụng trong E R làm metric cho việc xây dựng tuyến đường

d Ước lượng topo, đích, vị trí cho định tuyến

Trong một giao thức định tuyến theo topo cho mạng MANET, các nút tập hợp thông tin topo mạng cho việc định tuyến Ngoài các giao thức định tuyến theo topo, một số giao thức định tuyến theo đích được đề xuất cho mạng MANET Trong các giao thức này, một nút chỉ cần biết next-hop trên đường định tuyến khi chuyển tiếp gói tin tới đích Ví dụ, SR là giao thức định tuyến theo topo và O V, S V là giao thức định tuyến theo đích Việc sẵn có của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hoặc các hệ thống định vị tương đương cho phép các nút di động truy nhập thông tin vị trí địa lý một cách dễ dàng Trong các giao thức định tuyến theo vị trí, mối quan hệ về vị trí gi a các nút chuyển tiếp gói tin và nút đích, cùng với sự di chuyển của nút, có thể được sử dụng trong cả quá trình khám phá tuyến và chuyển tiếp gói tin Location Aided Routing (LAR) và Distance Routing Effect Algorithm for Mobility ( RE M) là các giao thức định tuyến theo vị trí cho mạng MANET

1.3 SO SÁNH CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYỂN MANET

o tính phức tạp và quan trọng của giao thức định tuyến trong mạng MANET nên vấn đề so sánh và đánh giá giao thức định tuyến đã được sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu Việc so sánh và đánh giá tất cả các giao thức với tất cả các khía cạnh được coi là không có tính khả thi Vì vậy, một số hướng đánh giá giao

thức đã được hình thành trong nh ng năm gần đây và được chia thành hai hướng so sánh: các giao thức trong cùng một kiểu định tuyến và khác kiểu

1.3.1 So sánh các giao thức định tuyến cùng kiểu

ối với tiếp cận này, các tiêu chí đánh giá thường được đưa ra là: ộ phức tạp giao thức gồm độ phức tạp thời gian, truyền thông và lưu tr thông tin; các đặc tính

kỹ thuật như tham số định tuyến, cách thức tính toán tuyến, cập nhật và đích của cập nhật; các đặc tính có thể sử dụng để xác định kịch bản ứng dụng, khả năng multicast và kiểu cấu trúc mạng Tuy nhiên, đối với một số kiểu giao thức định tuyến cụ thể, các tiêu chí trên thường được cụ thể hóa trong các tham số tới hạn Ví

dụ như, đối với các giao thức định tuyến theo bảng, tiêu đề điều khiển và đặc tính không lặp vòng là hai vấn đề quan trọng nhất Trong khi đó, các giao thức định tuyến theo yêu cầu lại tập trung vào các vấn đề trễ xử lý tuyến và lượng tài nguyên tiêu thụ

a So sánh các giao thức định tuyến theo bảng

ác giao thức định tuyến WRP, S V và FSR là các dạng điển hình của kiểu giao thức định tuyến theo bảng ác so sánh, đánh giá được thực hiện theo các tiêu chí trên các khía cạnh cơ bản như: phương pháp cập nhật thông tin định tuyến, kỹ thuật chống lặp vòng và độ phức tạp giao thức

Phương pháp cập nhật thông tin định tuyến: ác giao thức định tuyến WRP,

S V và FSR đều là giao thức định tuyến theo bảng nhưng có các đặc tính cập nhật khác nhau Giao thức WRP và S V sử dụng phương pháp cập nhật theo sự kiện để duy trì thông tin định tuyến, trong khi đó FSR chỉ trao đổi thông tin gi a các node lân cận và tần suất phụ thuộc vào khoảng cách các node Vì vậy, FSR có lượng thông tin cập nhật ít hơn hai giao thức trên

Kỹ thuật chống lặp vòng: Kỹ thuật chống lặp của các giao thức điện thoại

theo bảng WRP, S V và FSR là khác nhau WRP ghi lại thông tin các node liền

kề dọc đường dẫn định tuyến trong bảng định tuyến của các node Vì vậy, WRP tránh được lặp vòng nhưng phải bổ sung thông tin trong tiêu đề S V sử dụng chuỗi tuần tự đích để tránh lặp vòng và FSR sử dụng đặc tính tránh lặp vòng kế thừa

từ thuật toán định tuyến trạng thái liên kết

Độ phức tạp giao thức: ộ phức tạp thông tin và thời gian của ba giao thức

WRP, S V và FSR là tương tự nhau WRP có độ phức tạp lưu tr lớn hơn S V

do bổ sung thông tin chống lặp vòng ả hai phương pháp cập nhật theo chu kỳ và cập nhật theo sự kiện đều được ứng dụng trong WRP và S V Vì vậy, hiệu năng của giao thức phụ thuộc rất chặt vào kích cỡ mạng và mô hình di chuyển của node FSR là giao thức định tuyến trạng thái liên kết nên độ phức tạp lưu tr lớn nhưng FSR có lợi thế để hỗ trợ định tuyến đa đường và chất lượng dịch vụ

b So sánh các giao thức định tuyến theo yêu cầu

DSR, O V và TOR là các giao thức định tuyến theo yêu cầu được đề xuất cho mạng MANET nhằm giảm thông tin tiêu đề và cải thiện khả năng mở rộng ác tiêu chí đặt ra để so sánh gồm: Lượng thông tin tiêu đề định tuyến, cập nhật thông tin lỗi đường dẫn, chống lặp vòng và hiệu năng định tuyến

Lượng thông tin tiêu đề định tuyến: SR thực hiện phương pháp định tuyến

nguồn và lưu tr tạm thời thông tin định tuyến, cũng như sử dụng kỹ thuật tràn lụt gói để tìm tuyến O V sử dụng kỹ thuật tìm kiếm tuyến tương tự như SR nhưng chỉ lưu tr thông tin định tuyến cho bước nhảy kế tiếp tại các node của tuyến hoạt động Vì vậy, O V có lượng tiêu đề thông tin định tuyến nhỏ hơn và đem lại khả

năng mở rộng tốt hơn khi kích thước các bản ghi tuyến bị giới hạn

Cập nhật thông tin lỗi đường dẫn: Trong hai giao thức định tuyến O V và

SR, một node thông báo tới nguồn để khởi tạo lại hoạt động tìm tuyến mới khi lỗi đường dẫn xảy ra TOR sử dụng thuật toán đảo ngược liên kết để tái cấu trúc bảng định tuyến khi một node phát hiện lỗi liên kết tại hướng đi ả O V và SR đều

sử dụng phương pháp tràn lụt để thông tin tới tất cả các node khác về lỗi liên kết, trong khi đó TOR chỉ tràn lụt thông tin tới các node lân cận liên kết lỗi

Kỹ thuật chống lặp vòng: Giao thức định tuyến O V sử dụng các số thứ tự

để tránh lặp vòng, SR sử dụng địa chỉ trong trường ghi tuyến của các gói tin d liệu và TOR sử dụng trọng số đơn nhất của các node trong tuyến hoạt động để chống vòng lặp Tuy nhiên, TOR yêu cầu thêm sự đồng bộ của các node liên quan, vì vậy hiện tượng dao động có thể xảy ra khi phối hợp gi a các node để cùng thực hiện một tác vụ

Hiệu năng giao thức: Hiệu năng của các giao thức SR và O V được so

sánh dựa trên mô hình mô phỏng Kết quả mô phỏng chỉ ra trường hợp kịch bản có

số lượng node lớn, hiệu năng của giao thức SR tốt hơn O V do tiêu đề định tuyến tốn ít tài nguyên hơn ối với mô hình có số lượng node nhỏ, tải và tốc độ di chuyển thấp, SR cũng có được hiệu năng tốt hơn O V Nhưng khi lượng tải tăng lên, hiệu năng SR suy giảm rõ rệt và thấp hơn so với giao thức O V

1.3.2 So sánh các giao thức định tuyến khác kiểu

ác khía cạnh được đưa ra để so sánh các giao thức khác kiểu trong các khảo sát gần đây gồm: chất lượng dịch vụ, hiệu năng định tuyến và khả năng mở rộng của giao thức định tuyến

Chất lượng dịch vụ: ác giao thức khảo sát gồm giao thức định tuyến

O V, OLSR và TOR được thực hiện trong môi trường mô phỏng có mức độ tắc nghẽn thấp và số lượng node cố định ể đảm bảo một số đặc tính chất lượng dịch

vụ, kết quả mô phỏng cho thấy hai giao thức OLSR và O V thích hợp hơn TOR

và có hiệu năng tốt hơn trong môi trường giả định đã đề xuất

Khả năng mở rộng: ặc tính di động của các node và sự ảnh hưởng tới khả

năng mở rộng của các giao thức định tuyến trong mạng MANET được đánh giá với

mô hình lưu lượng tải cao, giao thức O V có hiệu năng tốt hơn OLSR và TOR Thêm vào đó, khi số lượng node tăng và mức độ nghẽn mạng lớn thì tỷ lệ chuyển phát thành công các gói tin của O V tốt hơn OLSR và TOR

Khía cạnh hiệu năng: Trên khía cạnh phân tích hiệu năng của các giao thức

định tuyến MANET, đã so sánh các giao thức OLSR, SR và O V trong môi trường lưu lượng tự tương đồng gồm: tốc độ bit cố định BR ( onstant Bit Rate), theo phân bố Pareto và hàm mũ Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu năng SR tăng lên đối với tỷ số chuyển phát gói tin, hiệu năng của OLSR giảm xuống khi tải cao

và tính động của các node tăng Nói cách khác, giao thức O V cung cấp giá trị hiệu năng trung bình tốt nhất trong ba giao thức trên

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1

ịnh tuyến là một cơ chế không thể thiếu trong việc truyền tin trên các hệ thống mạng Trong chương này, tôi đã tập trung nghiên cứu các giao thức định tuyến trong mạng MANET và so sánh Từ đó có nh ng so sánh đánh giá và đưa ra các nhận định về khả năng áp dụng của các giao thức trong từng môi trường mạng khác nhau

CHƯƠNG 2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR, DSDV

Vấn đề luôn được đặt ra đối với các mạng MANET chính là phương pháp gửi thông tin gi a các node không có liên kết trực tiếp, khi mà các node trong mạng

di chuyển không theo các dự đoán và dẫn tới cấu hình mạng thường xuyên thay đổi

Vì vậy, các tiếp cận định tuyến trong các mạng cố định truyền thống không thể áp dụng được đối với các mạng tùy biến di động không dây Trong chương này, chúng

ta nghiên cứu giao thức O V, SR, S V

2.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV

Giao thức định tuyến O V dựa trên thuật toán vector khoảng cách nhưng thuộc loại định tuyến theo yêu cầu, nó chỉ yêu cầu đường định tuyến khi cần thiết Giao thức này không sử dụng cơ chế định tuyến nguồn và cũng không cần biết thông tin về các nút láng giềng của nó, O V dựa trên các entry của bảng định tuyến để phát gói tin RREP về nút nguồn và nút nguồn dùng thông tin đó để gởi d liệu đến đích

Yêu cầu cơ bản của thuật toán có thể được gọi là các hệ thống tiếp nhận đường

đi theo yêu cầu thuần túy; các nút không nằm trên tuyến hoạt động thì không duy trì bất kì thông tin định tuyến cũng như không tham gia vào bất kì bảng định tuyến nào Hơn n a, một nút không có gì để khám phá và duy trì tuyến tới nút khác cho đến khi hai nút phải kết nối, trừ khi các nút trước cung cấp các dịch vụ của mình như là trạm trung chuyển để duy trì kết nối gi a hai nút khác Khi khu vực kết nối của nút di động được quan tâm, mỗi nút di động có thể nhận biết được các nút hàng xóm nhờ việc sử dụng một số kĩ thuật, bao gồm quảng bá nội vùng ( không phải toàn hệ thống) được biết đến như các bản tin Hello Bảng định tuyến của các nút lân cận được tổ chức tối ưu hóa thời gian để đáp ứng nội vùng và cung cấp cho các yêu cầu thành lập tuyến mới Mục tiêu chính của thuật toán là:

1 hỉ phát gói quảng bá khi cần thiết

2 ể phân biệt gi a quản lý kết nối nội vùng và duy trì topo mạng nói chung

3 ể phổ biến thông tin về các thay đổi trong kết nối nội cùng với các nút di động hàng xóm có khả năng cần thông tin

O V sử dụng một cơ chế khám phá tuyến, cũng như được sử dụng ( với sửa đổi, bổ sung) trong thuật toán định tuyến nguồn động SR Thay vì dùng tuyến nguồn, O V lại dựa vào bảng định tuyến thiết lập động tại các nút trung gian Sự

khác biệt này phải trả giá trong mạng mà có nhiều nút, nơi mà chi phí lớn hơn là các tuyến nguồn được mang trong mỗi gói d liệu.Mỗi nút MANET duy trì một bộ đếm

số của chỉ số thứ tự tăng đơn điệu cái mà được dùng để thay thế cho bộ nhớ tuyến

Sự kết hợp của các kĩ thuật này tạo ra một thuật toán sử dụng băng thông một cách hiệu quả (bằng cách giảm tối thiểu tải trọng mạng để điều khiển và phân phát d liệu) là đáp ứng sự thay đổi trong topo và đảm bảo vòng lặp tuyến tự do

ác vấn đề cơ bản của thuật toán định tuyến O V là:

1 ác bản tin ROUTER REQUEST và ROUTER REPLY (Khám phá đường)

2 ác bản tin ROUTER ERORR, HELLO và danh sách lưu gi tuyến trước (

Hình 2.1 Quá trình gửi yêu cầu khám phá đường

Quá trình gửi yêu cầu

Tuyến có sẵn sàng?

huyển tiếp bản tin

Lưu bản tin vào hàng đợi; phát động ROUTE REQUEST

Kết thúc

Khi một nút cần xác định tuyến tới một nút đích, nó tạo ra sự tràn lụt các bản tin RREQ trong mạng Nút khởi đầu này quảng bá một bản tin RREQ tới tất cả các nút lân cận, các nút này lại tiếp tục quảng bá bản tin tới các hàng xóm của nó, và cứ như vậy ể ngăn chặn sự quay vòng chu kì, mỗi nút nhớ việc chuyển tiếp tuyến yêu cầu mới nhất trong một bộ nhớ đệm tuyến yêu cầu (route request buffer) Khi các yêu cầu này trải rộng trong mạng, các nút trung gian lưu gi các tuyến ngược quay lại nút nguồn Khi một nút trung gian có nhiều tuyến ngược, nó luôn luôn chọn các tuyến với giá trị hop count nhỏ nhất

Khi một nút nhận được yêu cầu của một nút khác hoặc nó biết một tuyến đủ mới tới đích, hoặc bản thân nó chính là đích, nút này sẽ phát động một bản tin RREP, và gửi bản tin này dọc theo tuyến ngược quay trở lại nút nguồn Khi bản tin RREP vượt qua các nút trung gian, các nút này sẽ cập nhật bản định tuyến của nó,

để mà trong tương lai, các bản tin có thể được gửi theo tuyến này tới đích Nút khởi đầu RREQ có thể nhận được bản tin RREP từ nhiều hơn một nút

Mỗi nút hàng xóm khi nhận được RREQ hoặc gửi bản tin Route Reply (RREP) quay trở lại nút nguồn hoặc quảng bá tiếp gói tin RREQ tới các hàng xóm khác của nó sau khi đã tăng chỉ số hop count lên 1

2.1.2 Thiết lập đường đảo chiều

Có hai số thứ tự (ngoại trừ số thứ tự của broadcast_id) trong một RREQ đó

là: Số thứ tự nguồn và số thứ tự đích mới nhất Số thứ tự nguồn được sử dụng để duy trì thông tin về “độ mới” của tuyến đường đảo chiều đến nguồn, số thứ tự đích chỉ rõ tuyến đường tới đích phải “mới” như thế nào mới được nút nguồn chấp nhận RREQ đi từ một nguồn đến nhiều đích khác nhau,các đường đảo chiều về nút nguồn sẽ được thiết lập tự động tại tất cả các nút mà nó đi qua ể thiết lập đường đảo chiều, một nút ghi lại địa chỉ của nút lân cận từ bản sao RREQ đầu tiên mà nó nhận được Tuyến đường đảo chiều này được duy trì trong khoảng thời gian ít nhất

đủ cho gói tin RREQ đi qua mạng và tạo được một phản hồi về cho bên gửi

2.1.3 Thiết lập đường chuyển tiếp

Khi một nút trung gian nhận được bản tin RREQ, nếu nó có chứa tuyến đường đến đích mong muốn trong bảng định tuyến, nó sẽ kiểm tra tính khả dụng của tuyến đường đó bằng cách so sánh số thứ tự đích tương ứng với tuyến đường có trong bảng định tuyến của nó với số thứ tự đích trong gói tin RREQ mà nó nhận được Nếu số thứ tự đích của RREQ lớn hơn số thứ tự đích được lưu gi bởi nút trung gian thì nút đó không được sử dụng thông tin về tuyến đường đến đích trong bảng

định tuyến để trả lời cho gói tin RREQ Thay vào đó nó sẽ phải tiếp tục quảng bá gói tin RREQ Nút trung gian chỉ có thể phản hồi khi nó có một tuyến đường đến đích với số thứ tự đích tương ứng lớn hơn hoặc bằng số thứ tự đích chứa trong RREQ Khi nút trung gian có một tuyến đến đích khả dụng và gói tin RREQ chưa được xử lý trước đó, thì nó sẽ trả lời bằng một gói tin RREP theo đường truyền đơn hướng ngược lại nút mà nó đã nhận RREQ trước đó

Một RREP chứa các thông tin sau:

<source_addr, dest_addr, dest_sequence#, hop_cnt, lifetime>

<địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự đích, hop count, thời gian sống>

Khi RREQ được quảng bá đến một nút có thể cung cấp tuyến đường đến đích mong muốn, một đường đảo chiều tới nút nguồn của RREQ sẽ được thiết lập Mỗi nút dọc theo tuyến đảo chiều mà RREP quay lại nguồn sẽ đóng vai trò là một nút chuyển tiếp, các nút này sẽ cập nhật lại toàn bộ thông tin về tuyến đường gi a nguồn và đích đồng thời ghi lại số thứ tự đích gần nhất của nút đích Tuyến đường

mà RREP quay lại nguồn được gọi là đường chuyển tiếp ác nút không nằm trên tuyến chuyển tiếp sẽ xóa các tuyến ngược chiều mà chúng đã thiết lập trước đó khi khoảng thời gian TIVE_ROUTE_TIMEOUT kết thúc (3000 mili giây)

Một nút sẽ truyền gói tin RREP đầu tiên về nguồn ngay khi nó nhận được Nếu

nó nhận nhiều gói tin RREP, cập nhật thông tin định tuyến và truyền bản tin RREP chỉ được thực hiện khi RREP chứa số thứ tự đích lớn hơn so với giá trị số thứ tự đích trong RREP trước đó hoặc bằng nhưng tuyến đường mới có số hop- count nhỏ hơn Việc tăng số lượng RREP gửi về nguồn đảm bảo thông tin được cập nhật nhanh và nhiều nhất Nút nguồn có thể thực hiện truyền d liệu sớm nhất có thể khi nó hoàn thành quá trình cập nhật thông tin từ RREP đầu tiên mà nó nhận được

và có thể tiếp tục cập nhật thông tin định tuyến nếu nó học được một tuyến đường tốt hơn

2.1.4 Quản lý bản định tuyến

Ngoài các số thứ tự nguồn và đích, có thông tin h u dụng khác cũng được lưu trong các mục của bảng định tuyến gọi là “trạng thái mềm” và được liên kết với các mục Liên kết với các mục định tuyến đường đảo chiều là một bộ đếm thời gian được gọi là “bộ đếm thời gian giới hạn yêu cầu đường” Với các nút không nằm trên tuyến đường từ nguồn đến đích, thông tin về các đường đảo chiều sẽ được xóa khi thời gian giới hạn kết thúc Thời gian giới hạn này phụ thuộc vào độ lớn của mạng Một tham số quan trọng khác liên quan đến các mục định tuyến là giới hạn thời gian

lưu tr cho các tuyến đường, sau khoảng thời gian này tuyến đường đó được xem như không hợp lệ Trong mỗi mục của bảng địch tuyến, địa chỉ hoạt động của các lân cận thông qua các gói tin định tuyến cũng được duy trì Một nút lân cận được xem là liên kết với nguồn nếu nó khởi tạo hoặc chuyển tiếp ít nhất một gói tin cho nguồn đó trong TIVE_ROUTE_TIMEOUT gần nhất Thông tin định tuyến này được duy trì để tất cả các nút nguồn hoạt động có thể được thông báo khi một liên kết dọc theo đường tới đích bị phá vỡ Một mục tuyến đường được xem là hiệu dụng nếu nó được sử dụng bởi bất kỳ nút lân cận nào Giống với S V, tất cả các tuyến trong bảng định tuyến được xác định với các số thứ tự đích để đảm bảo không xẩy ra hiện tượng lặp vòng trong quá trình định tuyến Một nút có thể duy trì mục bảng định tuyến cho mỗi nguồn quan tâm Mỗi mục bảng định tuyến chứa các thông tin sau:

- ích

- Next hop

- Số hop (giá hay chi phí của tuyến đường)

- ác nút lân cận hiệu dụng cho tuyến đường

- Thời gian giới hạn cho bảng mục tuyến đường

Trong khoảng thời gian hiệu dụng, tuyến đường sẽ được sử dụng cho truyền

d liệu từ nguồn đến đích, thời điểm hết hạn sẽ được cập nhật lại bằng cách cộng thời điểm thực hiện truyền dẫn với khoảng thời gian giới hạn Nếu một tuyến mới được yêu cầu cho một nút, nó sẽ so sánh số thứ tự đích của tuyến đường mới với số thứ tự đích của tuyến đường hiện tại Tuyến đường với số thứ tự đích lớn hơn

sẽ được chọn Nếu các số thứ tự là như nhau, tuyến mới chỉ được chọn khi nó có chi phí nhỏ hơn (số hop-cont nhỏ hơn) để đến đích

2.1.5 Duy trì đường

Mỗi nút lưu gi một danh sách chặng trước và danh sách cổng ra Một danh sách chặng trước là một thiết lập các nút mà tuyến xuyên suốt qua nút gi danh sách anh sách cổng ra là thiết lập các chặng tiếp theo mà nút gửi qua Trong các mạng nơi mà tất cả các tuyến là song hướng, các danh sách này về cơ bản là như nhau Mỗi nút gửi định kì các bản tin Hello tới các chặng trước của nó Một nút quyết định gửi một bản tin Hello tới một chặng trước xác định chỉ khi nếu không có

bản tin nào được gửi gần đây tới chặng trước đó o đó, mỗi nút mong đợi nhận định kì các bản tin (không giới hạn các bản tin Hello) từ mỗi nút trong danh sách cổng ra của nút Nếu một nút không nhận được bản tin nào từ một vài nút cổng ra trong một khoảng thời gian dài, khi đó nút được cho là không còn có thể tới được Mỗi khi một nút xác định được một trong số các chặng tiếp theo của nó không còn tới được, nó hủy bỏ tất cả các mục tuyến ảnh hưởng và phát động một bản tin RERR Bản tin RERR này bao gồm một danh sách tất cả các đích mà không thể tới được như một kết quả của liên kết gãy ác nút gửi RERR tới mỗi chặng trước của

nó ác chặng trước này cập nhận bản định tuyến và lần lượt chuyển tiếp RERR đến các chặng trước của nó, và cứ như vậy ể ngăn chặp lặp các bản tin RERR, một nút chỉ chuyển tiếp bản tin RERR nếu ít nhất một tuyến đã bị hủy bỏ

Hình 2.2 Tóm tắt xử lý nhận tại một nút

Quá trình xử lý nhận

Kiểm tra kiểu tin

ập nhật tuyến (nếu tốt hơn tuyến cũ)

ập nhật bảng định tuyến

Loại bỏ tuyến ảnh hưởng

Là tuyến đủ mới?

huyển tiếp bản tin RRER đến các chặng trước

huyển tiếp bản tin RREP tới chặng tiếp

Xếp hàng đợi gửi tin nhắn

Gửi RREP

Kết thúc

Nếu không có trong bộ nhớ, chuyển tiếp gói RREQ tới các hàng xóm

Bản tin RREQ Bản tin RERR

Bản tin RREP

Yes

No

No Yes

No Yes

Yes No

Hoạt động của các nút không nằm dọc theo một tuyến hoạt động nào không ảnh hưởng tới tuyến đường tới đích Nếu các nút nguồn di chuyển trong suốt một phiên hoạt động, nó có thể phát động lại khám phá tuyến để thành lập một tuyến mới tới đích Khi hoặc đích hoặc một vài nút trung gian di chuyển, một RREP đặc biệt được gửi tới các nút nguồn bị ảnh hưởng Bản tin Hello định kì có thể được sử dụng để đảm bảo liên kết đối xứng cũng như phát hiện liên kết lỗi Như một sự lựa chọn, sự tiềm tàng như các lỗi có thể được phát hiện nhờ việc sử dụng link-layer acknowledgments (LL KS) Một liên kết lỗi cũng được chỉ ra nếu việc cố gắng chuyển tiếp một gói tin tới nút hàng xóm thất bại hỉ một lần chặng tiếp theo trở nên không nhận được, nút luồng lên bị gẫy sẽ quảng bá một RREP được gửi đi với một chỉ số thứ tự mới nhất (ví dụ, một chỉ số thứ tự mà lớn hơn chỉ số trước đấy được biết) và hop count tại vô cùng tới tất cả các hoạt động luồng lên của các hàng xóm khác Nh ng nút này sau đó chuyển tiếp bản tin tới các hàng xóm hoạt động của nó Quá trình này được tiếp tục cho đến khi tất cả các hoạt động của nút nguồn được thông báo là kết thúc bởi vò O V chỉ duy trì vòng lặp tuyến tự do và chỉ có một số lượng có hạn các nút trong mạng MANET Nhờ vào việc nhận khai báo của các liên kết gãy, nút nguồn có thể khởi động lại quá trình khám phá tuyến nếu nó vẫn yêu cầu một tuyến tới đích ể xác định một tuyến vẫn cần thiết hay không, một nút có thể kiểm tra các tuyến được sử dụng mới đây, cũng như các khối điều khiểu các giao thức lớp trên xác định các kết nối mở còn lại được chỉ đến đích Nếu các nút nguồn (hay bất cứ nút nào dọc theo tuyến trước đó) quyết định nó muốn thiết lập lại tuyến đường tới đích, nó sẽ gửi một RREQ với chỉ số thứ tự đích của một số lớn hơn chỉ số được biết đến trước đấy, để đảm bảo rằng nó xây dựng một tuyến mới, tuyến có thể tồn tại, và không có nút hồi đáp nếu nó vẫn quan tâm đến tuyến trước đó

2.1.6 Xử lý lỗi, hết hạn và xóa bỏ tuyến

Thông thường, việc xử lý RERR và liên kết gãy cần đến các bước sau đây:

• Làm mất hiệu lực các tuyến hiện tại

• Liệt kê các đích bị ảnh hưởng

• Xác định rõ nếu có bất kì nút lân cận nào có thể bị ảnh hưởng

• Thực hiện một RERR tới các nút lân cận

Một bản tin RERR có thể là broadcast, unicast hay multicast Ngay cả khi bản tin RERR là một unicast lặp lại tới một số chặng trước, nó được xem là một bản tin điều khiển đơn Với cách hiểu đó, một nút không nên khởi tạo nhiều hơn

một lượng RERR_R TELIMIT bản tin RERR trên một giây

Một nút bắt đầu xử lý cho một RERR trong ba hoàn cảnh sau:

i Nếu nó phát hiện một liên kết gãy cho chặng tới của một tuyến hoạt động trong bảng định tuyến của nó trong khi truyền d liệu

ii Nếu có được một gói d liệu đi đến một nút mà nó không có một tuyến hoạt động và không được sửa ch a

iii Nếu nó nhận một RERR từ một nút lân cận cho một hoặc nhiều tuyến hoạt động

ối với trường hợp (i), đầu tiên nút tạo một danh sách các nút không tới được chứa các nút lân cận không tới được và bổ sung bất kỉ đích nào trong bảng định tuyến nội vùng cái mà sử dụng các nút lân cận không thể tới được như các chặng tiếp theo Trong trường hợp này, nếu một tuyến mạng con được tìm thấy là khổng thể tới được, một đỉa chỉ IP đích cho mạng con này được thiết lập bằng việc chèn các số 0 vào tiền tố mạng con như được chỉ ra trong mục bảng định tuyến

ối với trường hợp (ii), chỉ có một đích không thể tới được, cái mà là đích của gói d liệu mà không thể được phân phát Trong trường hợp (iii), danh sách nên bao gồm các đích này trong RERR

Một vài đích không tới được trong danh sách có thể được sử dụng bởi các nút nút lân cận, và vì thế nó có thể cần thiết cho việc gửi một RERR RERR nên chứa các đích đó là một phần danh sách được tạo ra của các đích khồng đến được và

có một danh sách chặn trước không trống rỗng

Các nút láng giềng mà có thể nhận RERR là tất cả các nút thuộc về một danh sách chặng trước của ít nhất một đích không thể tới được trong RERR mới được tạo Trong trường hợp có duy nhất một nút lân cận mà cần nhận RERR, RERR nên được truyền unicast theo hướng nút lân cận đó Nếu không RERR được gửi quảng bá các địa chỉ nội vùng ( IP đích là 255.255.255.255 và TTL =1) với các đích không thể đến được, và chỉ số thứ tự đích tương ứng của các đích đó, được chứa trong gói tin Trường est ount của gói RER xác định số lượng các đích không tới được đã bao gồm trong gói tin

Ngay trước khi truyền RERR, nh ng cập nhật đã chắc chắn được tạo trên bảng định tuyến mà có thể ảnh hưởng tới chỉ số thứ tự cho các đích không thể đến được ối với mỗi một đích này, các mục bảng định tuyến tương ứng được cập nhật như sau:

 hỉ số thứ tự đích của mục định tuyến này, nếu hiện tại nó là hợp lệ, được

tăng trong các trường hợp (i) và (ii) ở trên, và được sao chép từ RERR đến trong trường hợp (iii) ở trên

Mục được cho là không hợp lệ bởi sự đánh dấu của mục tuyến khi không hợp lệ

Trường Lifetime được cập nhật bằng thời gian hiện tại cộng với thời gian ELETE_PERIO Trước thời gian này, mục không nên được xóa

Trường Lifetime trong bảng định tuyến đóng hai vai trò: đối với một tuyến hoạt động nó là thời gian hết hạn, và đối với một tuyến không hợp lệ nó là thời gian xóa Nếu một gói d liệu được nhận một tuyến không hợp lệ, trường Lifetime được cập nhật bằng thời gian hiện tại cộng với thời gian ELETE_PERIO

2.1.7 Quản lý kết nối nội vùng

ác nút có thể học thông tin từ nút lân cận của chúng bằng một hoặc nhiều cách khác nhau Bất cứ khi nào một nút nhận được quảng bá từ một nút lân cận, nó cập nhật thông tin kết nối nội bộ để đảm bảo đang liên kết với nút lân cận này Khi một nút chưa gửi gói tin nào cho các nút lân cận trong khoảng thời gian Hello, nó quảng bá tới các nút lân cận một bản tin Hello, một bản tin RREP đặc biệt chứa nhận dạng và số thứ tự của nó Số thứ tự của nút không được thay đổi khi truyền dẫn bản tin Hello Bản tin Hello này không được quảng bá ra ngoài vùng lân cận do giá trị thời gian sống Time-To-Live (TTL) là 1 Các nút lân cận nhận gói tin này sẽ cập nhật thông tin kết nối nội bộ chứa trong gói tin Nhận một quảng

bá hoặc một bản tin Hello từ một nút lân cận mới hoặc mất liên tục các gói tin Hello

từ một nút lân cận trước đó trong vùng lân cận được ngầm hiểu là kết nối nội bộ đã

bị thay đổi Nếu các bản tin Hello không được nhận từ nút kế tiếp dọc theo tuyến đường hiệu dụng, các nút lân cận hoạt động sẽ dựa vào nút kế tiếp đó để gửi thông báo lỗi kết nối Số lần mất Hello cho phép lý tưởng là hai Quản lý kết nối nội bộ với các bản tin Hello có thể được sử dụng để đảm bảo chỉ các nút có kết nối song hướng mới được xem là lân cận của nhau Với mục đích này, mỗi Hello được gửi bởi một nút liệt kê danh sách các nút mà nó nghe được Mỗi nút kiểm tra để đảm bảo nó chỉ sử dụng các tuyến đường đến các nút lân cận mà nó nghe được qua bản tin Hello

2.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DSR

Giao thức định tuyến nguồn động SR ( ynamic Source Routing protocol) là một giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả được thiết kế sử dụng riêng cho các nút di động trong mạng không dây MANET multi- hop Sử dụng SR, mạng sẽ

hoàn toàn tự động tổ chức và tự động cấu hình, tự yêu cầu mà không cần đến một

cơ sở hạ tầng và quản trị mạng hiện đại ác nút mạng chuyển tiếp các gói tới các nút khác bằng các kết nối cho phép qua multi-hop Khi các nút di chuyển về, vào hoặc rời xa mạng, thì các trạng thái của đường truyền không dây như nguồn nhiễu

sẽ thay đổi, tất cả các tuyến được tự động quyết định và duy trì bởi giao thức định tuyến SR Từ một số hay một chuỗi các chặng trung gian cần để đi đến một đích nào đó có thể thay đổi tại bất cứ thời gian nào, kết quả là topo mạng sẽ khá phong phú và thay thổi khá nhanh

Giao thức SR cho phép các nút khám phá linh động từ một nút nguồn qua nhiều hop mạng để tới bất kì đích nào trong mạng MANET Mỗi gói d liệu gửi đi

sẽ mang trong nó một header đầy đủ, chứa danh sách các nút xuyên suốt mà gói d liệu phải vượt qua, tránh việc thiếu thông tin định tuyến tại các nút trung gian trong quá trình gói được gửi đi o trong mỗi header của gói d liệu đều bao gồm thông tin về nút nguồn, nêu khi các nút khác chuyển tiếp đi hoặc nhận được thông tin từ bất kì gói nào trong số các gói gửi nó cũng dễ dàng lưu gi được thông tin định tuyến để sử dụng cho sau này

Giao thức định tuyến nguồn động SR bao gồm hai cơ chế cùng thực hiện cho phép khám phá và duy trì của các phương pháp định tuyến nguồn động trong mạng MANET:

Khám phá đường R (Route iscovery) là cơ chế tìm đường khi nút S muốn chuyển một gói tin tớ nút đích Khám phá đường chỉ sử dụng khi mà nút S muốn gửi gói tin tới nút mà chưa biết đường đi tới

uy trì đường RM ( Route Mantenance) là cơ chế mà khi nút S có một cách nào đó

tự tìm thấy đường trong khi đường truyền đang sử dụng bị gián đoạn do cấu hình mạng bị thay đổi hoặc kết nối gi a các nút trong đường truyền đó không hoạt động Khi RM chỉ ra rằng tuyến đến bị đứt, S có thể cố gắng thử một đường nào khác

để đến hoặc có thể thực hiện lại cơ chế R để tìm ra một đường mới uy trì đường RM chỉ được sử dụng khi S thực sự gửi gói tin tới

Phát hiện đường và duy trì đường hoạt động hoàn toàn riêng rẽ theo các yêu cầu của nút Thông thường, không giống như các giao thức khác, định tuyến nguồn động SR không yêu cầu truyền định kì các gói của bất kì nhóm nào, mức độ nào trong phạm vi mạng Ví dụ, SR không sử dụng truyền định kì quảng bá đường, trạng thái hướng kết nối, hoặc sự nhận ra các gói hàng xóm, và không dựa vào các chức năng của các giao thức lớp dưới trong mạng ác yêu cầu của nút này có cách

hoạt động và thiếu các hoạt động định kỳ cho phép số lượng gói mào đầu sinh ra bởi SR được sắp xếp trên tất cả các đường giảm xuống mức 0, khi tất cả các nút ở trạng thái ổn định với các nút cụ thể khác và tất cả các tuyến cần cho luồng kết nối vừa khám phá ra Khi một số nút di chuyển nhiều hơn hoặc như sự thay đổi kiểu truyền thông, mào đầu gói định tuyến SR tự động được sắp xếp để nắm bắt các tuyến đang được sử dụng

Trong sự đáp trả của một khám phá tuyến R đơn ( như là qua thông tin định tuyến từ các gói mào đầu khác), một nút sẽ học và lưu tr nhiều đường tới bất kì đích nào iều này cho phép đáp ứng được sự thay đổi tuyến nhiều và nhanh chóng,

từ một nút với nhiều đường tới một đích có thể cố gắng truy cập bộ nhớ để tìm đường tới đích nếu như một tuyến nào đó bị lỗi Bộ nhớ đệm các tuyến này cũng tránh cho các mào đầu cần thực hiện cơ chế khám phá tuyến mới mỗi khi tuyến sử dụng bị lỗi

Sự hoạt động của cơ chế R và RM trong SR được thiết kế cho phép kết nối đơn hướng và hỗ trợ dễ dàng các tuyến bất đối xứng ụ thể, trong các mạng không dây, nó có thể thực hiện được một kết nối gi a hai nút mà không thể thực hiện truyền cân bằng cả hai hướng hai hướng, vì nh ng lí do như sự khác nhau gi a các anten, kiểu truyền hoặc các nguồn nhiễu SR cho phép sử dụng kết nối đơn hướng khi cần thiết, cải thiện hiệu suất nói chung và liên kết các mạng trong hệ thống

2.2.1 Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery)

Route Discovery cho phép các node trong mạng MANET tìm kiếm đường đi đến đích một cách tự động thông qua các node trung gian Tiến trình tạo thông tin định tuyến sẽ phát gói tin Route Request (RREQ) đến các node lân cận của nó trong mạng Ngoài các trường bình thường như: địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, đường dẫn…, thông tin trong gói RREQ còn chứa một số request I là một số được tạo ra bởi node nguồn và là số không trùng nhau Khi một node nhận gói RREQ thì nó sẽ tiến hành kiểm tra thông tin trong RREQ như sau:

Hình 2.3 ơ chế xử lý khám phá đường tại node của SR

- Bước 1: Thông qua trường request I , nó sẽ kiểm tra xem đã nhận gói tin

này hay chưa? Nếu đã tồn tại thì nó sẽ loại bỏ gói tin đó và không xử lí gì thêm

Phát RREQ đến các node hàng xóm

Thêm <Source, Request_id> vào Router cache

của node

Nối đường đi trong RREQ

và đường đi đã có trong Router cache, cập nhật vào

RREQ

N

Bắt đầu tiến trình khám phá đường tại nguồn

Kết thúc tiến trình xử lý gói RREQ đã nhận

Ngược lại thì qua bước 2

- Bước 2: Nó kiểm tra trong Route ache của nó có đường đi đến node đích

mà còn hiệu lực hay không? Nếu có đường đi đến đích thì nó sẽ phản hồi lại cho node nguồn bằng gói Route Reply (RREP) chứa thông tin về đường đi đến đích và kết thúc tiến trình Ngược lại thì qua bước 3

- Bước 3: Nó kiểm tra địa chỉ đích cần tìm có trùng với điạ chỉ của nó hay

không? Nếu trùng thì nó gởi lại cho node nguồn gói Route Reply (RREP) chứa thông tin về đường đi đến đích và kết thúc tiến trình Ngược lại thì nó sẽ phát broadcast gói tin RREQ đến các node láng giềng của nó ác nút láng giềng sau khi nhận gói tin RREQ sẽ thực hiện việc kiểm tra thông tin (quay về bước 1)

Như vậy, quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi node nguồn nhận được thông tin về đường đi đến đích hoặc thông tin rằng không thể định tuyến đến đích Gói Route Reply (RREP) được gởi đến nguồn bằng cơ chế phát Unicast với Source Route là đảo ngược Source Route trong gói RREQ

Ví dụ: Xét mô hình mạng MANET với mô hình truyền thông như hình 2.4

Nút S cần truyền d liệu đến nút

Hình 2.4 Mô hình mạng MANET gồm 12 nút

Giả thuyết 1: Trong Route ache của các nút hiện tại là rỗng

- Nút S sẽ phát gói tin Router Request (RREQ) đến các nút lân cận của nó (Hình 2.5.a.)

Hình 2.5.a Nút S phát gói tin RREQ đến các nút lân cận , E, F

- Nút , E, F sẽ kiểm tra mình có phải là đích hay không? Nếu không sẽ kiểm tra trong Route ache về đường đi đến đích Theo giả thuyết ban đầu thì trong Route ache sẽ không có thông tin về đường đi đến đích o đó, nút E, F, sẽ cập nhật thông tin về đường đi về nguồn vào Route Cache thông qua gói tin RREQ, đồng thời sẽ phát gói tin RREQ đến các nút lân cận của nó

Bảng 2.1 Thông tin lưu tr trong Route ache tại thời điểm 1

- Nút , E, F sẽ phát gói tin RREQ đến các nút lân cận của nó (Hình 2.6.b.)

Hình 2.5.b Nút A, F phát gói tin RREQ đến các nút F, B, , K, G

- Tại thời điểm này tại và F đều nhận gói tin RREQ (vì là nút láng giềng của F và ngược lại) o đó, hai gói tin này sẽ bị hủy vì đã tồn tại trước đó ồng thời, quá trình tìm kiếm đường đi vẫn chưa hoàn thành vì chưa đạt đến đích Vì vậy, các nút lân cận sẽ lưu tr thông tin về đường đi đến nguồn trong Route ache và tiếp tục gửi gói tin RREQ đến các nút lân cận của nó