Nghiên cứu bài toán định tuyến trong mạng ADHOC : Đề tài NCKH. QC.06.17

Một mạng ad-hoc là tập hợp những trạm mobile hoạt động với nhau， không đòi hói một trạm điều kiển trung tâm hay tồn tại cơ sở hạ tầng Infrastructure, vấn đè được quan tâm hàng đầu trong

T ra n g

GIÀI TH ÍC H C Á C T Ừ VIẾT T Á T 2

DANH SÁC H N H Ữ N G N G Ư Ờ I TH A M GIA TH Ự C H IỆ N 4

DANH MỤC B À N G SỐ 니Ệ U 5

DANH MỤC H ÌN H VẼ 6

TÓM t á t' n h ữ n g Kế tq u ả c h í n h Củ ađ êt à i 7

Đ ẬT V Á N Đ Ề 9

p h a n 1: TỒ NG Q U AN VỀ M ẠN G A D H O C 11

1.1 Giới thiệu ch un g 11

2.2 Chuẩn 802.11 trong mạng Adhoc [1 ] 13

1.3 Vấn đề định tuyến trong mạng Adhoc [13][14] 23

J.3.1 D S D V [ I 5 ] [ 1 6 ] 26

บ 2 A O D V [ I ^ ] [ 1 6 ] 29

1.3.3 D S R [ỉ5 J fJ 6 J 31

PHẦN 2: C ẢI TH IỆ N L Ư U L Ư Ợ N G TRONG M ẠNG A D H O C 35

2.1 Đề xuất 35

2.2 Lưu thông trong mạng Wireless Multihop Ad-hoc tại nút relay [9] 36

2.2 Giải pháp tốc độ cân bằng để cải thiện lưu lượng bâo hoà 39

2.2.1 Cán bằng tốc độ [ 9 ] 39

2.2.2 Đ iể u khiến đ áp ứng C TS tro n g 8 02.1 1 R TS/CTS [ 9 ] [ 1 2 ] 40

2.3 Mô phỏng và đánh giá kết quả [6][3][4][] 41

2 3 1 Topo m ạng m ột trạ m tru n g g ia n [ 4 ] 42

2 ร 2 M ạ n g c h u ỗ i [ 9 ] [ 4 ] 44

2.4 Kết luận 45

PHAN 3: KH Á O S Á T BÀI TO ÁN ĐỊNH TUYỀN TRONG MẠNG A D H O C 4 7 3.1 Mô hinh mô phòng[3][4][6] 47

3 Ị I Mó hình lim lư ợng và d i động[3J[ 4 ][ 6 ] 47

3 / 2 C ác th ô n g số h iệ u n ă n g 48

3.2 Thực hiện mô p hỏ n g 48

3.2.1 Tạo các m ỏ n in h d i đ ộn g và lư u lư ợ n g 48

3.2.2 Code mô p h ỏ n g [3 ][ 4 ] [ 6 ] 49

3.2.3 P hán tic h các f ile tra ce m ô p h ỏ n g [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] 49

3.2.4 Đ ánh g iá tỳ lệ p h á n p h ố i g ó i (pdf ) ： 50

3.2.5 Đ ánh g iả th ờ i g ia n tru n g b ình đ ầu c u ố i - đầu c u ổ i[3 ] [ 4 ] [ 6 ] 52

3.2.6 A nh h ư ờn g cùa tính d i đ ọ n g 54

KẾT LUẬN VÀ K IÉ N N G H Ị 1 55

TÀI 니$ บ ํ TH A M K H Ả O •• 56

PHỤ L Ụ C 58

PHIẾU Đ Ă N G KÝ K Ế T Q U Ả N G H IÊN c ừ u K H -C N 95

NAV Network Allocation Vector

C hủ nhiệm đề tà i: ThS Phạm Thị Hồng

Các cán bộ phố i hợp thự c hiện:

Bána 1.1: Đặc trưng cùa các chuẩn 802.11 1 3 Bàng 1.2 Bảng định tuyến MH4 27 Bàng 1.3 Bàng định tuyến MH4 sau khi M H1 di chuyền 27 Bàna 2.1 Các thông số cần cài đặt cho m ô phòng 39 Bảng 3.1 : PDF của các giao thức định tuyến tương ứng với giá trị pause time …49 Bảng 3.2: Thời gian trễ trung binh từ đầu cuối đến đầu cuoi tương ứng với các giao thức định tuyến 49

1 1 1 : MANE Г trong kiến trúc hệ thống 4G 1 ]

ใ 1.2: Minh họa mạng mobile adhoc network 1 2 1 1.3: 802.11 theo kiến trúc phân tầng 1 3 1 1.3: Vấn đề trạm ẩn 1 5 1 1.4: Chức năng của PCF và DCF 1 5 1 1.5: Thù lục RTS/CTS để khấc phục hiện tượng trạm ẩn 1 8 1 1.7: Cửa sổ tranh chấp 1 8 1.8: Lưu đồ của thù tục 1 9 ì 1.9: Thuật toán quay lui trong DC F 20

1.10: Chu kỳ luân phiên giữa PCF và DCF 2 1 1 1.11: Thủ tục truyền khung giữa PC và Station trong chế độ PCF 22

1 1.12: Các loại giao thức định tuyến trong mạng Adhoc 24

1 1.13 Di động trong mạng Ad-hoc 27

1 1.14 Khám phá tuyến trong AODV 28

1 1.15 Tạo tuyến trong DSR 32

1 2.1 : Nhiều người dùng truyền dữ liệu qua node relay 35

1 2.2: Mạng chuỗi da nguồn 35

1 2.3 Lưu lượng trong m ạng chuỗi 36

1 2.4 Lưu lượng theo tái tốc độ mong m uốn, với sổ hop là 8 36

1 2.5 Thủ tục truyền CTS, áp dụng điều kiện cân bằng 39

1 2.6 Topo m ạng một trạn trung gian, M=1.-NAM 40

ใ 2.7 a- Lưu lượng và b- Trễ trung bình trong topo một trạm trung gian 40

1 2.8 Mạng chuỗi- qua NAM 41

1 2.9 a- Lưu lưọng và b- Trễ trung bình trong m ạng chuỗi 42

3.1: Kết quả chạy file NAM 48

1 3.2: So sánh tý lệ phân phối gói cùa các giao thức định tuyến 48

3.3: So sánh độ trề trung bình đẩu cuối - đầu cuối 50

a./ Kết quà khoa học:

- Tim hiểu, dịch các tài liệu chuyên khảo về m ạng W ireless LAN, về m ạng Adhoc, thuật toán định tuyến trong m ạng Adhoc.

- Xảy dựng được hệ thống tải liệu về dào tạo và nghiên cứu về các hệ thống Viền thông

- Xây dựng được phần m ềm m ô phỏng các phương thức định tuyến trong

m ạng Adhoc dựa trên phần m ềm NS-2 H

- 02 báo cáo tại hội nghị Võ tuyến Điện tứ toàn quốc năm 2006

b Két quá ứng đụng:

- I ặp cấu hinh m ạng Adhoc sư dụng trong m ỏ phỏng.

- Tim hiếu ứng dụng và cách thức sừ dụng phẩn m ềm NS-2 trên hệ điều hành Linux.

c Kết quả đảo tạo:

- 0 báo cáo khoa học trong Hội nghị khoa học sinh viên cùa trường.

- 02 luận văn dại học.

d.- Kết quá nàng cao tiềm lực khoa học

- Xây dựng lý thuyết m ô phóng m ạng truyền thông phục vụ cho đào tạo và nghiên cứu khoa học

- Góp phần xảy dựng hạ tầng viễn thông phục vụ trực tiếp cho dào tạo sinh vièn luận án, học viên cao học và sinh viên làm nghiên cứu khoa học

- Nâng cao trình độ chuyên m ôn cho cán bộ trong bộ m ôn, tạo cơ sờ cho sinh viên dược áp dụng kiến thức lý thuvết dã học vào thực tiễn.

e Tình hinh sử dụng kinh phi: Tổng kinh phí: 20.000.000 đồng

quản lý phí, trả thù lao cho các cán bộ tham gia đề tài:20.000.000 đồng

ThS Phạm Thị Hồng

X Á C N H Ậ N C Ủ A C ơ Q U A N C H Ủ Q U À N

Một mạng ad-hoc là tập hợp những trạm mobile hoạt động với nhau， không đòi hói một trạm điều kiển trung tâm hay tồn tại cơ sở hạ tầng (Infrastructure), vấn

đè được quan tâm hàng đầu trong mạng này là định tuyến giữa các trạm mobile như thế nào, để cỏ thể truyền tin m ột cách có hiệu quả nhất trong khi các trạm tự

do di động, nằm ngoài vùng phủ sóng của nhau

Có thể nói sự khác biết lớn giữa m ạng Infrastructure và m ạng Ad-hoc là giao thức định tuyến truyền tin giữa các trạm Trong khi ờ mạng Infrastructure, các trạm muốn truyền tin cho nhau phải thông qua một trạm điều khiển trung tâm (Access point)- hoạt động như chế độ thăm dò (Pool) Do đỏ tất cà các trạm muốn giao tiếp thì phải nằm trong vùng phù sóng cùa các điều khiển trung tâm này, vi vậy vấn đề định tuyến không phải là vấn đề đáng được quan tâm trong Infrastructure Còn đổi với m ạng Adhoc, do đạt được khả năng về tính m ềm dẻo, tính linh động của các trạm và topo m ạng nên vấn đề định tuyến trở nên hết sức khó khăn, và đáng được quan tàm Trong mạng này, hai trạm m uốn kết nối có thể năm ngoài vùng phủ sóng của nhau và việc truyền tin phải thông qua các trạm irung gian nhớ giao thức dịnh tuyến Các trạm vừa đóng vai trò như thiết bị đầu cuối, vira lả rouler để chuyển tiếp các gỏi truyền tin Mạng Ad-hoc có nhiều điều cấn nghiên cứu: hiện tượng trạm ẩn trạm phơi bày, các vấn đề định tuyến, ảnh hường cùa giao thức lớp MAC đến sự hoàn thiện của m ạng.

Đối tượng chính của một giao thức định tuyến m ạng Adhoc là phải thiết lập một cách chính xác và hiệu quả tuyến giữa những cặp trạm để bản tin được phàn tản một cách đáng tin cậy den dich Việc xây dựng tuyến phải cần chú V sao cho overhead là nhỏ nhất, và sử dụng hiệu quả dải tần Những giao thức định tuyến đã tồn tại như: vector khoảng cách (distance-vector) và trạng thái liên kết (link-state) được thiết kế cho môi trường cố định, và bởi vậy không thích hợp cho Mobile Ad-hoc Do sự thay đổi thường xuyên cùa topo m ạng, kết quả dẫn đến giảm độ hoàn thiện, như: hội tụ tuyến chậm , lưu lượng thông tin thấp, xuất hiện

sự lặp tuyến khi những trạm bị hòng Thêm vào đó, những giao thức định tuyến này có overhead cao trong suốt thời gian thiết lập tuyến Giao thức định tuyến mới nên được thiết kế thích hợp với môi trường MANET， kết hợp với những thuộc tinh như: khả nâng di động, sự giới hạn dải tần giới hạn năng lượng trạm Nội dung của đề tài tập trung vào những vẩn đê trọng tâm sau:

- Phẩn I ; 'Tổng quan về m ạng Mobile Adhoc Network” sẽ trình bày lý

sẽ dề xuất một phương pháp mới áp dụng cho các trạm chuyển tiếp (relay) nhầm cải thiện lưu lượng bang cách áp dụng một điều kiện cân bằng tốc

độ để điểu khiển tốc độ nhận và chuyển tiếp gói tin một cách có hiệu quả

Đe dánh giá độ hoàn thiện của mô hình mới này, nhóm đề tài cũng đưa ra

sự so sánh giữa nó và IEEE 802.11 RTS/CTS thông qua lưu lượng m ạng, được thực hiện bàng mô phỏng.

Phần 3: “Đánh giá các phương thức định tuyến trong m ạng Adhoc” Đề cập về những giao thức định tuyến đang tồn tại trong MANET so sánh

ưu nhược điểm đồng thời bằng mô phỏng đề tài so sánh các thông số như

độ trề, độ m ất m át gói tin.

1.1 G iới thiệu chung

Như ta đã biết, trong xu thế hiện nay phát triển mạng không dây dã mang lại nhiều lợ i ích to lớ n thể hiện trong tinh linh động cùa nó D ưới cái nhin cùa hệ thống thống thông tin di động thế hệ 4 (như hình vẽ l l ) ta thấy ngoài W LA N ,

W PA N ， thi mạng m obile adhoc là một phẩn trong к của nó

4GW Architecture

H ình l l : M A NET trong kiến trúc hệ thống 4G

Mạng Adhoc được định dạng một cách tự động bởi các hệ thống tự trị là các node mobile được kết nối trục tiếp v ớ i nhau bằng môi trường không dây mà không sử dụng bất cứ một cơ sờ hạ tầng sẵn có hay trạm diều khiển trung gian nào Các node tự do di chuyến và tự tổ chức một cách ngẫu nhiên do vậy topo của mạng có thể thay đổi nhanh chóng và không tiên đoán trước được Mạng

m obile udhoc có thể sử dụng cho mục đích truyền dừ liệu giữa các node mobile với nhau hoặc nó cũng có thề kết nối vào hệ thống mạng Internet Các tuyến giữa

mạng multihop.

Như hình vẽ trên, mạng adhoc có thể bao gồm một vài thiết bị m áy tính cá nhân như notebook, PC cầm tay, Mỗi một nó có khả năng giao tiếp trực tiếp với các node khác thông qua node trung gian trong miền phủ sóng của nó.

Như vậy mạng mobile adhoc network có một số tính năng và ưu điểm sau:

- Nỏ là mạng không dây: Các node giao tiếp với nhau qua truyền dần vô tuyến và chia se chung phương tiện truyền thông.

- Adhoc-based: Mạng MANET là m ạng có topo không cố định.

- Tự trị và phi cư sở hạ tầng： Mạng MANET không phụ thuộc vào bất kỳ cơ

sớ hạ tầng sẵn có hoặc trạm diều khiển trung gian nào Mỗi node vận hành

v à phân bố ở mode peer-to-peer hoạt động như một router độc lập.

- Định tuyền da luồng (Multihop)： Không sir dụng trạm điều khiển trung gian, mồi node hoạt động như m ột router và chuyển tiếp thông tin đến các node khác dể chia sẻ thông tin với nhau.

- Tinh di dộng: Mỗi node được tự do di chuyển đế giao tiếp với các node khác Topo của mỗi mạng sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự di chuyền của các node mobile.

Theo quan điểm của kiến trúc phân tầng OSI thì 802 i I đặc trung bời hai lớp dưới cùng: lớp vật lý PH Y (PHYsical)và lớp con điều khiển truy cập môi trường MAC (Media Access Control) Lóp con MAC quy định các phương thức hoạt động của các trạm như chế độ truy nhập m ỏi trường, phướng thức truyền và nhận

« Hình 1.2: Minh họa m ạng mobile adhoc network

OFCÄ1 вог.11Ь MUDSSS

а о г и в

□PCM 1МЗЛ.

re Chen

IMHieoch

BPSK S.rZS-5.8 GHz Z4-X4B GHï

г 4-2.48 GHz

Hình 1.3: 802.11 theo kiến trúc phân tầng

Lớp vậí lý ỊIỊ

Lớp vậy lý cung cấp kết nối cho phép truyền các khung dữ liệu MAC từ trạm này dến trạm khác qua môi trường truyền, các chuẩn 802.11 khác nhau dùng các kỹ thuật khác nhau trong lớp vậy lý và các kỹ thuật này quy định các phương thức điều chế cùng như tốc độ tối da có thề dụt dược.

Khác với mạng có dây truyền thống, m ạng không dây truyền dữ liệu thông qua môi trường qua hình thức phát xạ điện từ trường Yêu cầu chung là vùng phú sóng phải rộng đù dáp ứng được các yêu cầu cùa người sư dụng Hai loại môi trường được sử dụng rộng rãi nhất là sóng hồng ngoại và sóng vô tuyến Tuy nhiên do đặc trưng của sóng vô tuyến ià có thể vửợt qua chướng ngại vật và vùng bao phú rộng nên ngày nay người ta sử dụng hầu hết ià sóng vô tuyến cho m ôi trường truyền dấn.

Bảng 1.1: Đ ặc trưng cùa các chuẩn 802.11

chế ở lớp vật lý khác nhau như:

- Kỹ thật điều chế trải phổ nhảy tẩn FIỈSS sử dụng dải bâng tần 2.4Ghz

- Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS: Sir dụng trong môi trường có SNR thấp và đạt được độ bảo mật an toàn thông tin cao Chuẩn 802.11 đẩu tiên

sử dụng kỹ thật DSSS với băng tẩn 2.4GHz, tốc độ đạt l-2Mbps 802.1 lb cải tiến lên đạt được tốc dộ là 1 1 Mbps

- Kỹ thật điều chế OFDM: Đạt được tốc độ đến 54Mbps

- Kỹ thật IR: Kỹ thuật này chi sử dụng đối với môi trường trong nhà do IR

bị ảnh hường bởi ánh sáng mặt trời và băng thông thấp.

802.11 MACỊ2ỊỊ5Ị

Đặc trưng nhấp cùa 802.1 Ị chính là lớp con MAC Lớp con MAC quy định các phương thửc truy nhập kênh, truyền khung dừ liệu và tương tác với môi trường

có đây bẽn ngoài.

Giống như Ethernet, 802.1 1 sừ dụng phương thức đa truy cập cảm nhận sóng

m ang dể điều khiển việc truy nhập môi trường truyền Tuy nhiên, do sự phức tạp của môi trường vô tuyến nên giao thức của nó cũng phức tạp hơn Trong m ạng Ethernet, khi một trạm muốn truyền tin nó dò kênh và chờ đến khi kênh truyền dược cám nhận là rỗi là có thể gửi gói tin Khi gói tin được gửi đi m à không nhận được tín hiệu phản hồi báo nhiều trong 64bytes dầu thi khung dược coi là phân phát đúng Giao thức này là giao thức đa truy cập sóng mang dò xung đột CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Tuy nhiên trong các mạng vò tuyến tình huống như vậy không thể áp dụng do một số lý do sau:

- Sự khác nhau giữa môi trường có dày và không dây: Kỹ thuật CSMA/CD đòi hòi sóng vô tuyến phải có khá năng truyền song còng Môi trường vô tuyến khó thực hiện điều này.

- Vần đề trạm ẩn: Trong chế độ adhoc các node có thể truyền dữ liệu khi chúng nằm trong vùng phủ sóng của nhau, vấn dề trạm ấn xảy ra khi hai node không nằm trong vùng phủ sóng cùa nhau cùng truyền dữ liệu đến một node thứ ba dẫn đến xung đột xảy ra tại trạm thứ ba.

• S lanou В can noi detect lho iransm lésion

• S tation В transท าits dala to station (

Hình 1.3: Vẩn đề trạm ẩn.

- Vấn dề trạm phơi bày: xảy ra trong tinh huống trong đó một cuộc truyền dẫn hợp phép từ một node đến node khác bị trề do hoạt động truyền dẫn khác không liên quan giừa hai trạm khác nàm trong vùng phù sóng của nó.

Do nhừng lý do trên thủ tục CSMA/CD của Ethernet không thể áp dụng cho

m ạng Ađhoc được, thay vào đó người ta sử dụng thủ thực CSMA/CA.

Kiến trúc cùa lớp con MAC trong IEEE 802.11 bao gồm hai chức năng phối hợp

cơ bãn: chức nàng phối hợp phân bo DC F (Distributed Coordination Function) và chức năng phối hợp điểm PCF (Poit Coordination Function) Mỗi chức năng định nghĩa một phương thức hoạt động cho các trạm muốn truy nhập môi trường không dây Chức năng phối hợp được hiểu như là chức năng quyết định việc khi nào một trạm trong BSS được phép truyền hay nhận một phân đoạn đơn vị dữ liệu giao thức lớp MAC (MPDU).

R«qub«d to r CoTtantonJ

Fr»« в агѵіо м Ị

м요С

Exlant

Hinh ] 4: Chức năng của PCF và DC F

Chế độ hoạt động DCF là bất buộc đổi với tất cả các ứng dụng, còn chức năng PCF tùv chọn DCF không sứ dụng bất cứ loại điều khiến trung tâm nào, bản chất của nó là ท น ) 1 giao thức MAC da truy cập cảm nhận sóng mang cỏ tránh xung đột

j Used fa r c « ie n ie n

|S w v te « a n d b M i« lb rP C F

hoạt động trong ô, nó hoạt động tương tự như một hệ hói vòng.

Quyền ưu tiên truy cập tới mõi trường vò tuyến được điều khiển thông qua các khoảng không gian giữa các khung truyền, gọi là các khoảng thời gian liên khung IFS (Inter Frame Space) Các giá trị !FS được định nghĩa bởi lớp vật lý Một trạm

sẽ xác định xem môi trường có rồi không thông qua chức năng phát hiện sang

m ang trong không gian chung, cỏ ba loại IFS:

- SIFS (Short Inter Fram e Space): Khoảng thời gian liên khung ngắn

- PIFS (PCF Inter Fram e Space): Khoảng thời gian liên khung PCF

- DIFS (DCF Inter Fram e Space): Khoảng thời gian liên khung DCF.

C h ứ c n ă n g P C F Ị2 ỊỊ5 I

Phương thức truy nhập cơ bản cùa lớp con MAC trong chuẩn IEEE 802.11 là DCF được biết dưới cái tên đa truy nhập phát hiện sóng m ang với cơ chế tránh xung đột CSMA/CA DCF có thể được áp dụng tất cả các trạm sử ụng cho cấu hình 1B S lẫn cấu hình mạng cơ sở hạ tầng.

Khi một trạm muốn truyền tín hiệu, đầu tiên nó sẻ láng nghe môi trường truyền xem liệu có một trạm khác dang truyền hay không Neu môi trường được xác dịnh lả rồi, quá trình truyền cỏ thể diễn ra Thuật toán phân tấn CSMA/CA bát buộc yêu cầu phái có một khe thời gian tối thiểu tồn tại giữa các khung truyền đi liên tục Nếu môi trường được xác định là bận, trạm sẽ chờ đến khi kết thúc quá trinh truyền hiện tại Sau khi chờ hoặc trước khi cố gắng truyền lại ngay lập tức sau mỗi lần truyền thành công, trạm sỗ chọn một khoảng thời gian ngừng ngẫu nhiên đề khởi tạo bộ đếm lùi và khi bộ đếm này được giảm tới 0 thì quá trình truyền khung tiếp theo được tiếp tục.

Có thề áp dụng một vài phương pháp cải tiên trong một số tình huống khác nhau

để giảm thiểu sự xung đột, theo đó các trạm truyền và nhận trao đổi các khung điều khiển RTS/CTS sau khi xác định môi trường truyền rỗi, sau mỗi lần chờ hoặc ngưng truyền và trước khi truyền dữ liệu.

C ơ chế p h á t hiện sóng mang

Trong chế độ DCF các trạm có quyền ưu tiên ngang nhau trong việc tranh kênh,

do dó trạm phải sừ dụng các cơ chế dò sóng mang để phát hiện môi trường tru>ền hiện đang bận hay rối IIÍM 802.11 hỗ trợ hai cơ chế phát hiện sóng mang dó là:

- Cơ chế phát hiện sóns m ang vật lý tại lỡp vật lý

NAV (Network Allocation Vector)

Neu một trong hai cơ chế này chì ra là môi trường truyền dang bận thi môi trường sẽ được xác định là bận còn ngược lại môi trường được coi là rỗi Bình thướng trạm có thế kiểm tra tín hiệu diện tại lớp vật lý đế biết được trạng thái các kênh Tuy nhiên phương thức dò sóng m ang vật lý yêu cầu truyền sóng vô tuyến song công hoàn toàn, điều này làm tăng chi phí một cách đảng kể Hơn nữa, các

m ạng WLAN còn gặp phái m ột số vấn đề khác chẳng hạn như vấn đề trạm ẩn, nên phương thức dò sóng m ang vật lý không thể cung cấp được các thông tin một cách hoàn toàn chuẩn xác Cơ chế phát hiện sóng mang ào được cung cấp bởi vecto cấp phát mạng NAV dùng để hỗ trợ thêm cho các trạm trong việc dò kênh NAV duy trì một dự đoán về tương lại của lưu lượng mạng trên môi trường dựa trên thông tin về khoảng thời gian được thông báo trong trường Duration của các khung RTS/CTS trước khi các trạm trao đổi dữ liệu Thông tin về khoảng thời gian này cũng có trong m ào đầu MAC của tất cả các khung truyền đi, nó cho biết trạm hiện thời đang chiếm kênh sẽ phải sử dụng môi trường trong bao lâu để truyền khung Thực chất có thể coi NAV giống như một bộ đếm lùi thời gian với tốc độ không đổi Khi NAV khác 0 cơ chế cảm nhận sóng mang ảo của trạm cho biẽt rang môi trường đang bạn và trạm sẽ không cần tiếp tục cám nhận môi trường cho dến khi NAV bằng 0 Giá trị NAV sẽ được cập nhật lại nếu như NAV

m ứi lớn hơn giá trị hiện tại Băng cách sừ dụng NAV các trạm có thể chắc chấn ráng các hoạt động truyền nhận không bị phá vỡ

Ví dụ các thủ tục cùa cơ chế bát tay hai bước RTS/CTS như sau:

Giá sir có bốn trạm А, в, с và D Các trạm đều năm trong phạm vi hoạt động của nhau trừ hai trạm Л và D, tức là A và D không thể ‘ ‘láng ngh” được trạng thái truyền cua nhau.

Bây giờ trạm A muốn truyền dữ liệu dến B nó bất đầu gửi khung RTS đến в в nhận được tín hiệu R丁s và dang rỗi nên Ц ІГ І lại khung CTS с nằm trong phạm vi hoạt động của A nên "lắng nghe'， được trạng thái kênh, nó biết là kênh đang bận nên đật NAV của minh theo giá trị trong RTS Khi в trả lời C TS nó lại cập nhật được NAV của CTS Trạm D không năm trong phạm vi hoạt động cùa A nên không nche được RTS, tuy nhièn khi в giri CTS nó nghe được và biết m ôi iruuag dang bận nỏ cập nliật NAV của minh theo trạngJMi CTS .ᅳ

Sau khi A nhận được CTS, nó bắt đầu gửi dữ liệu Trong suốt quá trình này, с và

D đều hiểu là kênh dang bận và nỏ sẽ chờ cho đến khi N A V giảm về 0 thi mới bát đầu khởi tạo các thủ tục tranh kênh cùa m ình.

Vi trên thực tế RTS và CTS thường là những khung ngẩn, do đó chúng được

nhận biét nhanh ІК Г П so với toàn bộ gói dược truyền Do đỏ thủ tục bất tay hai bước RTS/GTS thường được sử dụng đế tránh xung đột do vấn đề về trạm ẩn Khoáng thông till về thời gian trong gói RTS bảo đảm cho trạm phát tránh được xung đột với các trạm năm ngoài tầm lắng nghe trong suốt thời gian cho đến khi

nó nhận dược ACK trả lời

P h ư ơ n g th ú c tr u y n h ậ p C S M A /C A Ị2 ỊỊ5 Ị

Phương thức truy nhập CSMA/CA (Carier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) là nền tảng cùa DCF Trong hoạt dộng DCF trạm muốn truyền khung trước hết phải láng nghe kênh truyền Nếu môi trường được xác định là rỗi trong khoảng thời gian DIFS, trạm có quyền tham gia vào thủ tục tranh kênh Trên miền thời gian thì đây được gọi là cửa sổ tranh chấp cw.

kčnh áo Nếu môi trường được xác định lũ rồi, quá trình truyền có thề diễn ra Thuật toán phân tán CSMA/CA bắt buộc yêu cầu phải cỏ một khe thời gian tối thiều tồn tại giữa các khung truyền di liên tục Nếu môi trường được xác định là bận, trạm sỗ chờ cho đến khi kết thúc quá trình truyền hiện tại Sau khi chờ, hoặc trước khi cổ gắng truyền lại ngay sau mồi lần truyền thành công trạm sẽ chọn một khoảng thời gian ngấu nhiên để khởi tạo bộ đếm lủi, và khi bộ đếm này được giảm tới 0 thi quá trình truyền khung tiếp theo được tiếp tục.

Trong trường hợp có nhiều trạm muốn truyền dữ liệu cùng một lúc, xác suất các trạm đồng thời dò được môi trường rỗi tại cùng một thời điểm là khá cao dẫn đến khà năng xảy ra xung đột Để tránh hiện tượng này DCF sử dụng một thuật toán gọi là thuật toán quay lui ngẫu nhiên (Random Backoff Algorithm).

Hinh 1.8: Lưu đồ của thủ tục

I huật toán quay lui ngẫu nhiên được m õ tả như sau: Sau khoảng thời gian rồi DIFS, trạm sẽ tạo ra một thời gian những ngầu nhiên trước khi truyền, trừ khi bộ định thơi ngưng đã có giá trị bàn a 0 Qua trinh này làm giảm tối đa khả năng xune đột khi có tranh chấp giữa nhiều trạm dang cùng chiếm kênh Khoáng thời gian ngưng ngẫu nhiên luôn được chọn trong khoảng [0, CW], trong đỏ cw là một số nguyên nẳm trong dải cwmm <cw<cw顧 (CWm in và cwmax được dịnh

xung đột giá trị cw lại được tăng gấp đôi cho den khi dạt tới ngưỡng cw m a x và giữ nguyên giả trị này cho đến khi khởi động lại quá trình tranh kênh truyền Bằng việc chọn các khoảng ngẫu nhiên tăng theo hàm mũ khi xung dột liên tiếp xảy ra, thuật toán này đàm bảo thời gian trì hoãn thấp khi chỉ có vài trâm trạm xune đột, nhưng cũng đảm bảo rằng số xung đột sẽ được giải quyết trong khoàng thời gian hợp lý khi có nhiều trạm xung đột Điều này làm tăng độ ổn định các giao thức truy nhập khi lưu lượng lớn.

cvvm a

Hình 1.9: Thuật toán quay lui trong DCF

Ngoài DCF, MAC cũng có thể kết hợp một phương pháp truy nhập tùy chọn gọi

là PCF, nó chi có thể sử dụng được trên các cấu hình m ạng hạ tầng Phương pháp truy nhập này sử dụng một bộ phối hợp điềm PC, hoạt động tại điểm truy nhập của BSS để xác định trạm nào sẽ được phép truyền, về cơ bản giao thức này hoạt động giống như việc thănì dò (polling) trong đó PC đóng vai trò của bộ phận điều khiển thăm dò PCF sử dụng cơ chế phát hiện sóng m ang ào được hỗ trợ bởi một

cơ chẻ ưu tiên truy nhập PCF sẽ phân tán thông tin trong các khung quàn lý đê được quyền quản lý môi trường bằng cách đặt các vecto cấp phát mạng NAV trong các trạm Thêm vào đó tất cả các truyền dẫn khung sử dụng điều khiển của

PC F đều sử dụng khoảng thời gian liên khung 1F S nhó hơn không gian IFS cho các khung được truyền đi thông qua DCF Việc sử dụng IFS nhỏ hơn có nghĩa là lưu lượng phối hợp điểm sẽ có quyền ưu tiên truy nhập phương tiện truyền thông

T hư iru yền lạ i lẳn 3

nhập DCF.

Ưu tiên truy nhập PCF có thể được tận dụng để tạo ra một phương pháp truy cập không tranh chấp (CF-Contention Free) PC sẽ diều khiển việc truyền dần khung của các trạm để loại bỏ tranh chấp trong một khoáng thời gian giới hạn nào đó Trong một số trường hợp, DCF và PCF sẽ cùng tồn tại trong cùng một BSS theo cách luân phiên nhau với một chu kỳ tranh châp CP và một chu kỳ không tranh chấp CFP Chúng được gọi là các khoảng lặp CFP.

C F P rep etitio n interval C F P r e p e titio n in te rv a l

Hình 1.10: Chu kỳ luân phiên giữa PCF và DCF

บน tiên truy nhập PCF có thể được tận dụng đế tạo ra một phương pháp truy cập không tranh chấp PC sẽ diều khiến việc truyền dần khung của các trạm để loại

bó tranh chấp trong một khoảng thời gian giới hạn nào đó Trong một số trường hợp, DC F và PCF sẽ cùng tồn tại trong cùng một BSS theo cách luân phiên nhau với một chu kỳ tranh chấp CP và m ột chu kỳ không tranh chấp CFP Một trong những chức năng chính của các khung quản lý này là đồng bộ và định thời Như vậy trong các mạng Adhoc ngang hàng thì không có chức năng PCF Thù tục truy nhập cơ bản đòi hòi các trạm cập nhập NAV đến giả trị lớn nhất của chu kỳ CFP Trong suốt khoảng thời gian CFP chì các trạm được cho phép truyền mới dáp lụi tín hiệu thám dò từ PC hoặc tmyển lại ACK sau khi nhận được MPDU sau khoảng thời gian PIFS Tại thời điểm bắt đẩu khoảng không tranh chấp C FP,

PC cảm nhận môi trường Nêu môi trường ro Irong khoảng thời gian PIFS, P C sẽ bát đầu thủ tục truyền không tranh chấp (sau PIFS) bằng cách gửi khung CF-Poll, Data, hoặc khung Data + CPF-Poll P C cũng có thể lập tức kết thúc khoảng thời gian CFP bần g cách gừi khung CF-End Neu các trạm hoạt động trong BSS với chế dộ do PCF nhận được khung CFP-Poll từ PC trạm cỏ thề đáp lại PC sau m ột khoáng thời gian PIFS bằng khung CF-ACK hoặc Data+CF-ACK Neu PC nhận

đo Sự kết hợp các tính năng thăm dò nhận biết với khung dữ liệu làm tăng hiệu suất truyền Neu PC truyền khugn CF-Poll và trạm nhận không có khung để truyền, nó sẽ gửi khung NULL trờ về PC Neu P C không nhận được ACK để truyền khung, PC đợi một khoáng PIFS và tiếp tục gửi khung đến các trạm tiếp theo trong danh sách thăm dò.

Hình 1.11: Thủ tục truyền khung giữa PC và Station trong chế độ PCF Sau khi nhận được tín hiệu thăm dò từ PC như m ô tá trên, trạm cũng có thể lựa chọn việc íruyền khung tại một trạm khác trogn BSS Khi trạm đích nhận khung,

D 1: ACK được trả lại trạm nguồn, và P C đựi một khoảng PIFS tiếp theo trước khi truyền bất cứ một khung thêm nào P C cũng có thể chọn để truyền khung đến các trạm không đăng ký thủ tục PCF Ngay khi nhận được khung thành công, trạm phải đợi một khoảng SIFS và trả lời lại PC với khung chuẩn ACK

Như ta đã biết do mạng Adhoc là loại hình m ạng hoạt động tương đối phức tạp,

do vậy đối tượng chính cùa giao thức định tuyến m ạng Ad-hoc là phải thiết lập một cách chinh xác và hiệu quả tuyến giữa nhừng cặp trạm để bàn tin được phân tán m ột cách đáng tin cậy đến đích Việc xây dựng tuyến phải cần chú ý sao cho overhead là nhỏ nhất, vả sử dụng hiệu quà dải tần Những giao thức định tuyến

đã tồn tại như: vector khoảng cách (distance-vector) và trạng thái liên kết (link- state) được thiết kế cho môi trường cổ định, và bởi vạy không thích hợp cho Mobile Ad-hoc Do sự thay đổi thường xuyên cùa topo mạng, kết quả dẫn đến giám độ hoàn thiện, như: hội tụ tuyến chậm , lưu lượng thông tin thấp, xuất hiện

sự lặp tuyến khi những trạm bị hòng 丁hẻm vào đó, những giao thức định tuyến

thuộc tinh như: khả năng di dộng, sự giới hạn dải tần, giới hạn năng lượng trạm Thiết kế giao thức định tuyến cần đảm bào:

• O verhead điểu khiển nhỏ n h ấ t Overhead ờ dây có thể hiểu theo nghĩa là những thông tin điểu khiến: điều khiến định tuyến, diều khiển đồng bộ, Bởi vì dài tần là giới hạn, nên giao thức định tuyến cần giới hạn đến m ức tối thiểu số bàn tin diều khiển m à vẫn không ảnh hường đến hoạt động cùa

m ạng Ngoài ra giảm bớt bản tin điều khiển cũng giúp ta tiết kiệm được năng lượng cùa các trạm

• Overhead xử lý nhỏ nhất Thuật toán tính toán phức tạp đòi hòi nhiều thời gian xử lý hơn trong thiết bị Việc m ất nhiều thời gian cho xứ lý dẫn đến sự trễ trong truyền tin, mất nhiệu năng lượng hơn.

• Khá năng định tuyến Multihop Bời vì vùng truyền phát không dây của các trạm di động bị giới hạn, nguồn và đích có thể không nối trực tiếp trong vùng phủ sóng của chúng Bời vậy, giao thức định tuyến phải có khả năng định tuyến multihop giữa nguồn và đích để có thể thực hiện giao tiếp truyền tin giữa các trạm

• Duy tri topo động Khi một tuyển được thiết lập, đôi khi một số liên kết trong tuyến đó bị ngắt quãng đo sự dịch chuyền cúa trạm, hay do một lý

đo nào đó Để sự giao tiếp giữa trạm nguồn và đích một cách thông suốt, tuyến đường dẫn này nên được duy tri, thậm chi có thể ngay ờ các trạm trung gian, trạm nguồn, trạm đích, khi chúng đang di động Hơn nữa, vì sự ngất quảng liên kết thưởng xuyên xảy ra, do dó liên kết phải được quản lý một cách nhanh chóng kết hợp với overhead nhỏ nhất.

• Ngăn cản sự quay vòng Sự quay vòng tuyến xuất hiện khi một sổ trạm dọc theo đường dẫn chọn next hop tới đích cũng là trạm đà xuất hiện trước

đó trong đường dẫn Khi quay vòng tuyến xảy ra, gói dữ liệu và điều khiển cỏ thề truyền trên tuyên nhiều lần cho đến khi hoặc là đường dẫn dược cố định và quay vòng bị loại bó hoặc là cho đến khi TTL đến 0 Bởi

vi dải tần là quý và tiến trinh xử lý gói, đẩy gói đòi hỏi giá thành cao, quay vòng tuyến là một sự lãng phí nguồn tài nguyên và thiệt hại cho m ạng Bời vậy quay vòng cần được ngăn ngừa bất cứ lúc nào.

Giao thức định tuyến được chia làm hai loai chinh đỏ là P ro a c tiv e , và Reactive,

trong mồi loại có các giao thức khác nhau, chúng ta sẽ nghiên cứu từng loại giao thức ở chương sau.

P ro a c tiv e Giao thức định tuyến p ro a c tiv e được thiết kế cho mạng Ad-hoc xuất phát từ giao thức định tuyến truyền thống: vector khoảng cách và trạng thái liên kết (xem phụ lục) Đặc điểm chính của p ro a c tiv e là mỗi trạm trong m ạng duy trì tuyến tới tất cả các trạm khác trong m ạng tại mọi thời điểm Sự tạo tuyến

và duy tri dược thực hiện thông qua một vài tồ hợp của khoảng thời gian và sự kiện tác dộng đến cập nhật tuyển Chu kỷ cập nhật bao gồm những thông tin định luyến thay dổi giữa các trạm tại khoáng thời gian dặt trước Cập nhật xuất hiện tại một thời điểm xác định, theo một khoảng thời gian cho trước, đáp ứng khả năng di chuyển của các trạm và các thuộc tính khác của m ạng Ngược lại, cập nhật theo sự kiện tác động được phát khi có sự kiện gì đó xảy ra như thêm liên kết, huy liên kết P ro a c tiv e cỏ m ột tinh năng là những tuyến có giá trị tại hiện tại lã rất cần thiết Bởi vi các tuyến đó dược duy tri trong khoảng thời gian cập nhật, một trạm muốn truyền dừ liệu, nó chỉ cần vào trong bảng định tuyến và tìm tuỵến nếu tuyến dã tồn tại thì quá trinh truyền tin xảy ra, do đỏ bảng định tuyến tại thời điểm này làm cho quá trình truyền tin nhanh hơn Tuy nhiên, nhược điểm chính của các giao thức này là o verhe ad điều khiển có thể rất cao trong m ạng lớn hoặc trong mạng m à các trạm di động nhiều Theo nghĩa đó p ro a c tiv e trong mạng Ad-hoc có thể được coi là giao thức định tuyển theo bảng (Table-driven).

Reactive, kỹ thuật định tuyến reactive cũng được gọi là định tuyến theo yêu cẩu (on-demand) nó khác khá nhiều so với phương pháp định tuyến

P ro active Phàn lớn overhead cua P ro active xuẩt phát từ sự cần thiết phải duy tri tuyển trong một trạm tại mọi thời điếm Sự thay dối thường xuyên liên kết trong

m ạng Ad-hoc là một trớ naại cho giao thức định tuyến p ro a c tiv e Bới những lý

truyền thống, hơn nữa chúng không tiếp tục giữ tuyến giữa tất cả các cặp trạm trong mạng Thay vì đó, tuyến chi được khám phá khi chúng thực sự cần thiết cho truyền dữ liệu Khi trạm nguồn cần gửi dữ liệu tời một số trạm đích, nó kiểm tra bàng định tuyển để xem xét có tuyến hay không Nêu tuyến không tồn tại, nó thực hiện thủ tục khám phá tuyến để tìm đường tới đích Do đó, tìm tuyến xuất phát theo yêu cầu Nếu hai trạm không chưa bao giờ giao tiếp với nhau, thì chúng không cần khởi tạo đường dẫn tới nhau Tìm tuyến được chứa trong bản tin request của giai đoạn tìm tuyến Để giảm overhead, vùng tìm nên được giảm bớt bằng số trạm tối ưu mà gói tin cần truyền qua.

Lợi ích của cách tiếp cận này ỉà những lượng o v e rh e a d giảm so với

p ro a c tiv e , cho-nên với các giao thức này được sử dụng rộng rãi hơn.

Vì phạm vi của vấn đề tương đổi rộng trong khuân khổ đề tài chi đề cập một sổ giao thức phổ biến hay được sử dụng trong thực tế

1.3.1 DSDV [15][16]

Giao thức định tuyến DSDV (Destination - Sequenced Distance -Vector) [ 1 51 là giao thức P ro a c tiv e được sir dụng cho m ạng Ad-hoc Những gói được phát gi ira các trạm cùa m ạng sử dụng thông tin trong bảng định tuyến Mỗi bảng định tuyến tại mỗi trạm sỗ liệt kê tất cả các đích, và số hop tương ứng tới chúng Mỗi thực thể bảng định tuyến được gẳn với một số thứ tự bắt nguồn từ trạm đích Để giữ nội dung của bảng định tuyến trong trường hợp m ạng topo động, mồi trạm cập nhật theo chu kỳ, và phát những thông tin cập nhật ngay khi nhận đưực những thông tin mới có giá trị C ác gói chi ra những trạm được phép truy cập và số hop cần thiết cho những trạm truy cập này, để làm điều này nó thực hiện thuật toán định tuyến vector khoảng cách (xem phụ lục).

Thông tin định tuyến được quáng bá hoặc multicast theo một chu kỳ xác định và nếu topo mạng có sự thay đổi thi những thông tin đó được cập nhật ngay Giao thức DSDV đòi hỏi mỗi trạm mobile phái thông báo tới trạm hàng xóm thông tin bảng định tuyến của nó (bằng cách quảng bá thực thể trong bảng) Những thực thể này thường xuyên thay đổi theo thời gian do topo mạng thay đổi, bời vậy thông tin quảng bá phái đù nhiều, nhanh để đàm bảo rằng tất cả các mobile luòn luôn được xác định vị trí trong m ạng Thêm vào đó, moi máy tính

chí dich của dư liệu lả không nằm trực tiếp trong vùng phủ sóng của nó Tất cả các máy tính hoạt độn2 trong m ạng tạo ra các đường dẫn dữ liệu giữa chúng bàng cách quảng bá dữ liệu cần thiết trong khoảng vài giây Trong mỏi trường không dây, diều quan trong là phải nhớ rằng vùng vật lý của kênh là

bị giới hạn Điều này khác với tình huống mạng có dây, có nhiều hơn vùng nghe đường truyền Dữ liệu quảng bá bời m ồi m áy tính mobile sẽ phải chứa số thứ tự mới và có những thông tin sau:

• Địa chi đích.

• Số hop giới hạn tìm tới đích.

• Số thứ tự của những thông tin được nhận được xuất phát từ trạm đích Bảng định tuyến cũng cỏ thế chứa địa chi phần cứng, và (nếu cần thiết) địa chỉ mạng cảu những mobile truyền tin với chúng, thông tin này được chứa trong header của gói Bảng định tuyến cũng bao gồm số thứ tự được tạo bởi bên phát Những tuyến có sổ thự tự gần hơn được ưu tiên hơn trong quá trinh đẩy dữ liệu và không cần thiết phải thông báo.

Sau khi nhận và cập nhật bản tin, các trạm hàng xóm khởi tạo thông tin để tính น )án thực thể trong bàng định tuyến Thèm vào đó DSDV cùng khởi tạo cập nhật bảng sư kiện trên mạng như thảo bó liên kết, liên kết đứt quãng Sự cắt đứt liên kết này được nhận biết tại lớp 2 của m ạng Một liên kết broken được miêu tà bằng khoảng cách ■ » (có nghĩa là lớn hơn giá trị khoáng cách lớn nhất) Khi liên két đến next hop bị broken, tất cả các tuyến quan next hop đó ngay lập tức được eán 00 vả được gán một số thứ tự Khi một trạm nhận metric 0 0 , nó sẽ cập nhật và

sự kiện liên kết broken đã cập nhặt báng định tuyến.

Khi một trạm Mobile nhận được thông tin định tuyến mới (thông thường

nò tăng số gói như đà miêu tả), thông tin này được so sánh với thông tin đang tồn tại tong bảng định tuyến Tuyến có sổ thự tự gần hơn sẽ được sử dụng, cỏn số thứ

tự lảu hơn sỗ bị loại bỏ Một tuyến với sổ thứ tự bằng số thứ tự đã tồn tại được chọn nếu nỏ có metric tốt hơn, và tuyến hiện tại được xoá bò thay bởi tuyến mới.

Một thông số quan trong cùa DSDV là thời gian giừa hai quàng bá Thời gian này phải được chọn phù hợp với từng loại m ạng và yêu cầu cùa m ạng Nếu

m ạng ít thay đổi ta chọn thời gian dài hơn và được lợi về overhead, còn m ạng có topo thay đổi nhiều thì khoảng thời gian nay phải nhò khi đó overhead nhiều hơn.

Sau dây ta xét một vi dụ về định tuyến dùng DSDV.

Xem xét MH4 trong Hình 2 Bảng 1 cho cấu trúc của bảng định tuyến được duy tri tại MH4 Giả sử địa chi của mỗi trạm lả số thứ tự tương ứng với Mhi kết hợp với số thự tự là số SNNN_Mhi, trong đó SNNN: là số thứ tự Cũng già sử ràng đã tồn tại những thực thể trong bảng định tuyến mỗi Mobile, với số thứ tự là SNNN_Mhi, trước khi MH1 di chuyến khỏi MH2 Trường thời gian cài đặt trong báng chi cho ta thấy khi nào xoá tuyến.

■леюV S UJJ uẹÁnỊ ฃ ฺเjd uiọq^ f r i 4U !H

о эккк ОЩ OJ jjïüi) Л|1 JO illUd Ịqt

л а о ѵ В1?э Suộp ỉẻoq uau nạu Ịip BJ {ẹp ọ ọp OQ AQ SQ ภ4U SuọịS นฐฺXru

O B J U Ç) lẻnqi ทฺร ẹị S bị X ẹp ọ • шёл С П ว пвл пэХ Udii вЛр иэлпі O Ü 1 4วฮฺว สินçq

çq สิน?ทb UỊỈ âuọqi ?оц ПЭІЦІ ỊỌ Ị ọu op Щ A a s a Bกุ3 Uậj41 !?ะ> ?! л а о ѵ Suçj

Ọ fsj •(วท ํเ ňqd шэх) цэвэ Suçoipi ІОРЭД B A A C IS C I น ?0! lệnụi U 9JỊ Eňp ọu 'ривіиэр -uo Э Г ІЦ І O B Ịẩ ỊỘ IU B | [9j] (JO P3八 3 DB 1 S ỊQ pU B lU 3Q -U O Э О PV) ЛСІОѴ

•ЛСІОѴ ?l ?ф ท ่ะ) э м )э п э у uẹẤnỊ quip วЛф obịS S ubs uạẤmp B Ị Ấ B U uựqd

S ires 4 [$ị)ạqsq- s a ìjo d o jj uạXnj quịp วЛЦ 1 O B ỊỖ Э Л 1 Э Х gp B Ị Xçp U 3 J丄

• Quàng bá gói tim tuyến chi kh cần thiết.

• Phân biệt rõ giữa quản lý kết nối dia phương và duy trì topo chung.

• Phổ biến những thông tin về sự thay đổi kết nối địa phương tới hàng xóm.

Tiến trinh tìm tuyến chi được khởi tạo khi trạm nguồn cần giao truyền dữ liệu với trạm khác m à tuyến đến trạm đích không tồn tại trong bảng Mồi trạm duy tri hai số đếm riêng: số thứ tự trạm {node sequence n u m b e r， và id quảng bá

(b ro ad ca st id ). Trạm nguồn khởi tạo đường dẫn bằng cách quảng bá gói yêu cầu tuyến (RREỌ -R o u te R equest) tới hàng xóm RREQ chứa những trường sau:

< đ ịa c h t nguồn, sổ nguồnU, broadcast_ id , đ ịa c h ỉ đích, sổ đ ic h #1

h op_count>

Cặp địa chi < đ ịa c h i nguồn, broadcastj d > nhận dạng duy nhất

b roadcast_ id là số gia khi nguồn phát RREQ mới Hàng xóm thoả m àn RREQ thì gửi trà lại nguồn bân tin hồi âm RREP (hình 3b) hoặc quảng bá lại RREQ tới hãng xóm của nó sau khi tăng hop co un t Chú ý rằng trạm có thể nhận nhiều bàn sao của cùng một gói quảng bả tìm luyến từ hàng xóm khác nhau Khi trạm trung gian nhận RREQ, nếu nó vừa nhận RREQ với cùng b ro a d c a s t_ id và dịa chi nguồn, nó sẽ loại bỏ nói tin này và không quàng bá lại nữa Nếu một trạm không thoả m ãn RREQ, nó giừ tiếp tục kiểm tra những thông tin sau để tạo đường đẫn ngược trờ lại, khi đường dẫn forward dược thiết lập sẽ hoàn thành sẽ gắn vào

thông báo cho đến khi trạm nguồn nhận được Trạm nguồn khi đó có thể chọn khởi tạo lại thù tục tìm tuyến đến đích nếu phiên truyền chưa kết thúc.

Neoài ra giai thức AÜDV còn sứ dụna bản tin hello, quảng bá địa phương bời m ột trạm nhẩm thông báo cho các trạm di động biết hàng xóm của nó Bản tin h e llo có thể được dùng để duy trì kết nối địa phương cùa một trạm Tuy nhiên, sử dụng bản tin này lả không cần thiết Các trạm sẽ nghe sự phát lại gói dừ liệu để chắc chắn rằng next hop vẫn tim thấy Nếu không tìm thấy gói phát lại, trạm có thể sử dụng bất kỳ kỹ thuật nào như: chấp nhận bản tin h e llo , để quyết định liệu next hop có còn trong vùng phủ sóng hay không.

ra ở SR trong tiêu đề gói Khi gói đã tìm đến đích cuối cùng, gói sẽ được phân lẻn các lớp trên để sử dụng tuỳ theo yêu cầu.

Mỗi trạm mobile có một vùng nhớ để lưu trữ thông tin định tuyến này, đó chinh lả ro u te cache. Khi một trạm gửi gỏi tới trạm khác, đầu tiên trạm gửi kiểm tra route cache xem có SR cho dich chưa Nếu tuyến được tìm thấy, trạm gửi sừ dụng tuyến này đề phát gói lên kênh Nếu không tim thấy tuyến, trạm gửi có thể yêu cầu khám phá tuyến bằng cách sir dụng giao thức tìm tuyến Trong khi đợi quá trinh tìm hoàn thành, trạm có the tiếp tục quá trình xử lý khác và có thẻ gửi, nhận dữ liệu với trạm khác Trạm có thể đẩy vảo bộ đệm các gói để phát nỏ khi tuyến đã tỉm thấy, hoặc loại bỏ gói này, trà lại lớp cao hơn để phát lại gói nếu cần Mồi thực thể trong ro u le cache được kết hợp với khoảng thời gian m ong đợi sau khoảng thời gian này thi thực thể đỏ sẽ bị xoá khỏi ro u te cache.

Trong khi một host đang sử dụng một SR bất kỳ, nó tiếp tục quản lý tính chinh xác của tuyển Ví dụ, nếu trạm siri, đích, hoặc bất kỳ một trạm nào khác

khi đó tuyến có thể không tìm được đến đích Một tuyến sẽ không làm việc nếu bất kỷ trạm nào trong SR bị lỗi hoặc tắt m áy Sự quản lý tính chính xác của hoạt động được gọi là r u Ute m a in ten ace Khi ro u te m aintenance phát hiện một vấn đề

gi đó xảy ra với tuyến đang dùng, quá trình tìm tuyến có thể được sử dụng để khám phá một tuyến mới, chính xác đến đích.

- K h ám phá tru yế n Ị13Ị

Khám phá tuyến cho phép bất kỳ trạm nào trên mạng adhoc tìm tuyến động tới các trạm còn lại trẽn m ạng, dù chúng cỏ nối trực tiếp với nhau hoặc thông qua một hay nhiều trạm trung gian khác Một trạm khởi tạo khám phá tuyến bàng cách quảng bá gói ro u te re q u e s t, gói này có thể được nhận bởi nhiều trạm khác nều chúng nằm trong vùng truyền phát của trạm nguồn Gói route request cho phép nhận dạng host, nói đủng hơn là đích của tuyến cần tìm do trạm nguồnn yêu cầu.

Mồi ro u te request chứa ro u te re c o rd chửa địa chi địa chỉ nguồn của

requesỉ và địa chi đích của r e q u e s t. Mỗi gói route request cũng chứa số duy nhất

request ici, được đặt bởi nơi khởi tạo từ số thứ tự locally-maintained Đê quyế dò route request được nhận kép, mỗi trạm trong adhoc giữ một danh sách cặp

<địachinguồn, re q ue st ỉd > cặp này có thể lấy trên ro u te request nhận gần nhất.

Khi một trạm nhận gói ro u te request, nó xử lý yêu cầu tương ứng với những bước sau:

• Neu cặp < đ ịa c h in g u ồ n ,request ỉd> của ro u te request được tim thấy trong danh sách gần nhất, nó sẽ loại bỏ gói ro u te request và không làm gì cả.

• โrường hợp khác, nếu địa chi trạm đà tồn tại trong danh sách ro u te re c o rd

cùa yêu cầu nó xoá ro u te request và không làm gi cả.

• Tiếp theo, nếu đích của request hợp với địa chi của chính nó, thi route

re c o rd chứa trong gói chứa tuyến từ nguồn đến đích (trạm này) Nó trả lại bản sao cũa tuyến trong gói ro u te re p ly tới nguồn.

• l rưởng hợp còn iại thêm địa chi của nỏ vào ro u te re c o rd của gói route request, và quanti bá lại request.

Hình 1.15 Tạo luyến trong DSR

Bờ vậy gói ro u te request truyền trên m ạng adhoc cho đến khi nó tim thấy trạm đích, trạm đích sẽ gừi hồi âm về cho trạm khởi tạo Gói ro u te request chi được nhận bời trạm trong vùng phù sóng của trạm nguồn, và các trạm tiếp theo cũng vậy, mỗi trạm sẽ truyền request nếu địa chi đích không phả là của mình, và toại bỏ gỏi khi lặp lại hai lần.

- Route M aintena nce [Ỉ3 |

Route M a in te n a n c e kết hợp sừ dụng gói route error và ack Trong khi sử dụng tuyến trạm sử dụng thủ tục ro u te m aintenance để quản lý hoạt động của tuv én và thông báo cho người giri bất kỳ lỗi nào xảy ra Vì mạng không dây kém lin cậ> hơn mạng có đây, nên một sổ giao thức dã phải dùng ack ngay tại lớp 2 cùa mạng dể cung cấp sự phát hiện sớm và phát lịa khi gói xuất hiện lỗi Trong nhữne mạng này, ro u te m a in ten an ce có thế dễ dàng được đáp ứng, vi tại mỗi hop trạm phát gỏi có thề quyết định dược xem liên kết còn sống hay không Nếu lớp liên kết dừ liệu bào cáo có vấn đề truyền phát (ví dụ, phát lịa nhiều qua m ức cho phép), host này gửi gói route error tới trạm nguồn của gói xuất hiện lồi Gói

route e r r o r chứa địa chi các host m à truyền bị lồi: host dò được lỗi và host giao tiếp với host đò lỗi.

Nếu mạng không dây không hỗ trợ a ck mực thấp, một tín hiệu tương đưưng với ACK có thể có giá trị trong nhiều m ôi trường Sau khi gửi gói tới next hop mobile, bên gửi có thể nghe quá trinh truyền phát cùa host đó, để quyết định xem đường liên kết còn hay không.

2.1 Đề xuất

A d -h o c là kiến trúc trong dỏ các trạm được giao tiếp trực tiếp với nhau không qua điều khiển trung tâm nào Để truyền dữ liệu các trạm phải tranh chấp với các trạm khác dựa trên C S M /Ư C A và thuật toán B a c k o f f / I I / Kiến trúc này được ứng dụng rộng rãi bởi tính m ềm dẻo, và linh động trong topo m ạng Một nhược điểm của kiến trúc này là xảy ra hiện tượng trạ m ấn, trạ m p h ơ i bày [13] dẫn đến việc chia sẽ kênh truyền không hợp lý giữa các trạm trong m ạng.

Mô hình thông dụng của A d-ho c là M u ỉti-h o p A d -h o c Trong m ạng này trạm nguồn không nối trực tiếp với trạm đích, các gói tin được truyền đến đích thông qua các trạm trung gian đóng vai trò như một ro u te r. Giao thức lớp MAC được áp dụng ờ đây ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng băng tần, và ti lệ rớt gói tăng, lãm ảnh hường đến lưu lượng lối ra cùa m ạng Khi số hop tăng, lưu lượng giảm xuống [7], và giới hạn khả năng áp dụng của m ạng này.

Phàn tích lưu lượng của m ạng W ireless LAN các tác giả đã chứng minh được ràng dung năng của mạng có thề lả ᄋ(log ท), trong đó ท là tổng sổ trạm của mạng, với một mô hình đặc biẹt re la x tra ffic , lưu lượng end -to -en d là 0(1 J n ) [8][9] Các kết quà này dược áp dụng cho m ạng Ad-hoc với truyền tin qua trạm relay, và có thể mở rộng cho m ạng sensor Các tác giả cũng nghiên cứu

ve lilina năng mạng thông qua té bào đơn (sing le c e ll) và mạng chuoi (ch a in

lo p v h g y ) Kết quả là lưu lượng m ạng nẩm trong khoảng từ '/* đến 1/7 dung lượn2 cùa một hop đưn [9].

Một loạt các bài báo viết về tối ưu lưu lượng m ạng bàng cách thay đổi các tham so: cứa sổ tranh chấp, vùng cảm nhận Các tác giả đã chi ra ảnh hưởng cùu tốc độ giảm cùa cứa số B a c k o ff đến lưu lượng Sau đó đề xuất một kỹ thuật nhẩm cái tiến nó trong điểu kiện m ạng bão hoà Theo đó cửa sổ Backoff có giá trị nhó cho những trạm truyền thành công, còn có giá trị rất lớn cho các trạm khác, rron g kết quả gần đây mô hình giảm c w chậm được dưa ra c w giữ giá trị lớn nhảm ngăn ngừa khá năng xung đột trong trường hợp trạm là quá tải Mô hình này kém hiệu quả nếu quá tài chi xuất hiện tại một vài trạm trong m ạng Vùng cám nhận vật lý cũng được nghiên cứu Một vùng cảm nhận lớn có thế được dủnu để giảm bởi xung đột, nhưng ở cùng một thời điểm, nó làm cho thời gian

B u c k o ffá iú kliônu can thiet Frone nühién cứu cùa ta thì cứa sổ B a c k o ff có giá trị

gian • ngoài ra nó cũng phụ thuộc vào các phương pháp điều khiển truy cập MAC [12].

Lưu lượng mạng giảm nhanh do xung đột dừ liệu, và thời gian backoff, chúng ta đề xuất áp dụng m ô hình cân bảng tốc độ nhẩm cải thiện vấn đề này

Mô hình cân bằng tốc độ không chi thích hợp với m ạng truyền thống m à các trạm trung gian còn cỏ thể chuyển tiếp dữ liệu m ột cách có hiệu quả Lưu lượng được cài thiện trong khi xung đột dữ liệu và thời gian b a c k o ff không cần thiết được giảm bớt Để kiểm chứng kết quá ta thực hiện mô phỏng hai topo m ạng chính: đa nguồn {m u ltis o u re ) và m ạng chuỗi (ch a in). Chúng ta sẽ chứng minh được ràng trong mạng chuỗi thì lưu lượng m ạng sẽ là tăng hơn so với m ô hình truyền thống trung bình khoáng 1 0 ฏ /0.

Trong mô hình m ạng đa nguồn {m ultisou rce ), như mong đợi, lưu lượng gần như ổn định tại giá trị bằng Vì dung năng kênh khi tổng tốc độ truyền của các trạm nguồn tăng lên, cải thiện một cách rõ ràng so với m ô hình truyền thống.

2.2 Lưu thông trong mạng Wireless Multihop Ad-hoc tại nút relay [9]

Trong phần này, chúng ta đề cập chính đến IEEE 802.11 với R丁S/ÇTS và hiện tượng tắc nghẽn xảy ra tại nút relay trong m ạng Multihop Ad-hoc.

Như đã biết, trong m ạng Multi-hop Ad-hoc thì các trạm nguồn và đích có thế không nối trực tiếp m à thông qua các trạm trung gian- Hình 2 Ở đây có N-l nauồn eứi dữ liệu tới M đích qua trạm trune gian chung là trạm N Các trạm tron남 vùne cám nhận sè có vai trò tương đưcm g trong việc truy cập kênh truyền.

Do cơ chế xâm nhập đường truyền là CSMA/CA nên về mặt thống kê, nếu tona tốc độ gửi của tất cả các trạm nguồn là nhỏ hơn Ѵг dung năng kênh c , thì trạm relav có thể sứ dụng một nửa còn lại cùa kênh cho việc chuyến tiếp dữ liệu Tổng Ị ưu lượng đo tại M đích sẽ bàng lưu lượng chuyển tiếp của trạm relay Lưu lượng lớn nhất theo kết quả đỏ là C/2, cỏ nghĩa là cả trạm nguồn và trạm relay khống phai đẩy các gói vào hàng đợi.

Khi tổng lốc độ gửi của các trạm nguồn là lớn hơn một nửa dung năng kênh, khi đó dung nặng kênh dành cho trạm chuyền tiếp nhỏ hơn C/2, do vậy nó không thể chuyên tiếp tất cá các gói nhận được Các gói khi đó sè được đưa vào hàng đợi của trạm này, và lượng lúc đó sẽ giảm xuống nhỏ hơn C/2 Bời vậy, lưu

nhất như trên đà nói.

Hình 2.1 : Nhiều người dùng truyền dữ liệu qua node relay

Rõ ràng ràng, với các nút nguồn có tốc độ gửi cao, trạm relay bị nghẽn cổ chai,

và lưu lượng mạng giảm Bởi vậy, dể tối da hoá lưu lượng mạng có các trạm relay, thì các trạm nguồn nên được giới hạn tốc độ truyền tuỳ theo trạm relay có thể đáp ứng.

Những phân tích trên đây rút ra kết luận là phải giảm tốc độ truyền của các trạm nguồn để giải quyết sự giảm lưu lượng cho mạng da nguồn (m u ltis o u rc e ),còn đối với m ạng chuỗi thi sao Chúng ta sẽ phân tích nó ngay sau đây.

Hình 2.2: Mạng chuỗi đa nguồn Mạng chuồi ià mạng đơn giàn của m ạng Multi-hop Ad-hoc Trạm nguồn ở đầu chuỗi - trạm 1, và trạm đích ở cuối chuỗi - trạm 7 Già sử răng bán kính truyền phát cúa các trạm là 220m, khoàne cảm nhận đường truyền là 550m (như trong NS-2), các trạm đặt cách nhau 200m Khi m ạng có hai trạm: chặng đơn, và giả sử dải tần là 2Mbps, ứng dụng là CBR/UDP, gói 1500 bytes, các thông số còn lại trong Bàng 1 thi lưu lượng khi dó lả 1.7Mbps[4] Khi sổ trạm tăng lên 3 trạm chảng hạn, khi đó lưu lượng chi còn 1/3 lưii lượng cùa chặng đơn [4] Do đó 1/3

là tỷ số lớn nhất m à mạng chuỗi có thể đạt được, số trạm tiếp tục tăng thì tỷ số lưu lượng chi còn Vi, 1/5 như đã chứng minh trong [4] về mặt thực tế do còn các khung điều khiển, các gói dành cho việc định tuyến, cho nên tỳ sổ lưu lượng chi còn 1/7 m à thôi.

Hình 2.3 Lưu lượng trong mạng chuỗi.

Như ta có thể quan sát trong hình 3， khi số trạm tăng lên đến 8 trạm thì lưu lượng chì còn là 0 2 5 1.7/7

L u u lu o n g theo lu u lu o n g m ong m u o nKbps

Hình 2.4 Lưu lượng theo tải tốc độ m ong muốn, với số hop là 8 Hinh 4 cho ta lưu lượng của m ạng phụ thuộc vào tốc độ mong muốn, ta thấy ngay rằng, lưu lượng lớn nhất là 0.41 Mbps gần dúng bằng 1.7/4, tương ứng với tý số lưu lượng 'Á , và sẽ giảm nhận khi tốc độ mong muốn tăng cao, chi còn 0.25Mbps Lý do chính cùa sự giảm này là do sự tăng xung đột dữ liệu, và thời gian backoff.

Nhìn hình 4, ta có nhận xét ngay ràng, tốc độ giri, hay tốc độ mong m uốn của các trạm trung gian cần được giới hạn để đạt được lưu lượng cao nhất Khi điều này được đàm bảo thì các trạm sẽ tranh chấp đường truyền một cách có hiệu quá hơii, đam bào sự ổn dị.nh trong lưu lượng m ạng.

phương pháp cân bàng tốc độ giri và chuyển tiếp được đề cập trong phần sau đây.

Trong phần này nhóm nghiên cứu trình bày về kỹ thuật cân bàng tốc độ và cách áp dụng vào m ạng Multi-hop Ad-hoc.

2.2.1 Cân bằng tố c độ [9]

Để có thề áp dụng lèn trẽn m ỏ hình đã tồn tại, ta giả sử ràng một kỹ thuật

re la y mới m à nó cho phép nút chuyền tiếp quyết định nhận hoặc chuyển tiếp dữ liệu như thế nào để giữ cân bàng hai tốc độ này Lý do đằng sau mô hình cân bằng là trạm trung gian có thề đẩy hầu hết những gói nhận được, bởi vậy bàng cách giữ điều kiện này, trạm relay tranh chấp một cách có hiệu quà kênh, và ngăn ngừa bất kỳ sự nghẽn nào xảy ra Tranh chấp hiệu quả khi cảm nhận có nghĩa là kênh được chia một cách cân bàng cho những gói nhận và chuyển tiếp Độ hoàn thiện cao nhất dạt được khi trạm trung gian có thể đẩy tất cả các gỏi cần được chuyến tiếp Nghẽn sẽ không tồn tại khi diều kiện cân bàng đảm bảo rằng, hàng đợi dừ liệu tại trạm chuyển tiếp không tăng lên quá m ức cho phép.

Chúng ta đề xuất mô hình cân băng tốc độ đế điều khiển tốc độ dữ liệu đến và đi tại những trạm trung gian giữa nguồn và đich Tổc độ được tinh toán tại lớp m ạng, và nếu diều kiện cân bàng không đám bảo thì trạm re la y loại bỏ nhận những gói đến Gói tiếp tục được chấp nhận lại khỉ những gói trong hàng đợi được giri đi Kỹ hiệu r1,, là tốc độ nhận và гош là tốc độ chuyển tiếp Điều kiện cân bằng tốc độ relay dược thoả m ãn nếu:

rfĩi-~ rv r < A r (1)

Giá trị ᅀ厂 càng gần 0 càng tốt để giữ cân bằng tốc độ V ớ i 스시ớn hơn, thì

sự khác nhau giữa rm và r w là lớn hơn, theo đó m à có nhiều gói hơn được đấy vào hàng đợi tại trạm relay.

Khoảng thời gian 스, ， được sử dụng để đo tốc độ, cùng ià một đại lượng ảnh hường đến diều kiện cân bẩng về m ặt nguyên tắc, thi khoảng vài lần thời ціап dõi hỏi cho truyền một gói dữ liệu Nếu A/quá nhò rm và r »ui sẽ dao động lớn khi có một vài gói được đếm Do đó thì sự khác nhau giữa các tốc độ sẽ trở nên quá lớn và khỏ đề eiữ ᅀ,■ gần với 0 Với ^ thích hợp, mô hình cân băng tốc

tốc đ ộ đế đ á p ứ n g y ê u c ầ u b à i toán, (ii) cho p h é p m ố i liê n hệ k h ác b iệ t lớ n g iữ a các tố c độ (sự thay đổi trong hai tốc độ này là lớn tức là nhỏ thì độ dài hàng đợi tăng lên).

Thay vì cho phép những trạm relay tự do tranh chấp kênh như trong m ô hình tồn tại - là nguyên nhân xung đột, thì trong mô hình của ta, những trạm relay quản lý cân bằng tốc độ nhận và chuyến tiếp.

Một ưu việt khác của mô hình chúng ta là sự mềm dẻo trong việc thiết lập những thông số, nó có thể là V, r om,ᅀ厂 hoặc ᅀ고 Kỹ thuật cân bằng cũng ngầm cunu cấp hồi tiếp nghẽn hop-by-hop Bời vậy, một trạm chỉ có thể gửi số gỏi m à nút relay có thể ho trợ, kết quả là sự ồn định cùa tất cả các trạm trong m ạng.

2.2.2 Đ iều khiển đáp ứng CTS trong 802.11 RTS/CTS [9][12]

Để cho phép một trạm relay điều khiển tốc độ nhận chúng ta đưa ra m ột thay đối đơn giản để áp dụng cho quả trình nhận trong IEEE 802.11 RTS/CTS

Từ M ình 1 ta thấy ràng RTS/CTS chi gửi dữ liệu khi khung CTS được nhận Trong mô hình của ta, với sự quán lý cùa trạm relay, nó sẽ chỉ gửi đáp ứng cho RTS nếu diều kiện cân bàng được dám bảo Hiểu theo cách khác, nếu trạm relay nhận quá nhiều dữ liệu nỏ sẽ không gửi CTS, và điều này giới hạn một cách có hiệu quả tốc độ gửi cùa nguồn Từ cách tiếp cận này không cần đòi hôi một sự sửa dồi nào trong khung 802.11 và nó có khả năng áp dụng trên mạng 802.11 trước dây, miễn là những trạm relay làm theo m ô hình của chúng ta.

Đe áp dụng kỹ thuật này, cần đòi hòi những thông tin xuyên tầng (cross- lay e r ị. Sụ truyền những thong tin này là từ lớp M A C lên lớp mạng của mô hỉnh OSI Sự quản lý tốc độ truyền ở đây dược thực hiện tại lớp m ạng, bàng cách kiém tra độ dài hàng đợi của trạm relay Nếu hàng đợi có số gói dang đợi quá một giới hạn thi sẽ không nhận những gói tiếp theo Sự điều khiển được thực hiện tại lớp MAC, những thông tin được truyền giữa M A C và lớp mạng được gọi

là thòng tin cro s s -la y e r.

Hinh 5 cho ta thú tục truyền đáp CTS khi áp dụng điều kiện cân bằng.

Trong phẩn này nhóm nghiên cứu trình bày về mô phỏng và đánh giá kết quá thu được Mô phỏng được thực hiện trên hai topo như hình 1 và hình 2 Trong đó M = 1 , còn N = 5, có một trạm relay Còn trong mạng chuỗi chúng ta thay đồi độ dài cùa chuồi để so sánh kết quả Phần m ềm mô phòng là NS-2, dược trình bày kỹ trong [17-18] Mỗi srcipt mô phòng thực hiện trong 50 ร và tinh trung bình 100 lần Bảng 1 cho ta các thõng số cẩn thiết cho mô phỏng Bảng 2.1 Các thông รง cẩn cài đặt cho m ô phỏng

Khoảng cách giữa các node 200m