(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động

(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động(Luận văn thạc sĩ) Thuật toán quảng bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hóa chi phí định tuyến trọng mạng AD hoc di động

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐỖ ĐÌNH CƯỜNG

Thái Nguyên - 2020

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu đề tài luận văn: “Thuật toán quảng

bá lại thông tin định tuyến nhằm tối thiểu hoá chi phí định tuyến trong mạng

ad hoc di động” tôi đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy,

cô giáo thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học

Thái Nguyên để hoàn thành luận văn này

Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám

hiệu, phòng Đào tạo, Khoa Công nghệ thông tin, các thầy giáo, cô giáo thuộc

Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên

đã tham gia quản lý, giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập,

nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn đặc biệt đến Thầy TS Đỗ Đình Cường - người

đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ về kiến thức, tài liệu và phương pháp để tôi

hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động

viên, cổ vũ, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong suốt quá trình thực hiện đề tài, song có

thể còn có những mặt hạn chế, thiếu sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng

góp và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn

được hoàn thiện

Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2020

Học viên

Lê Hồng Sơn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÀ ỨNG DỤNG 3

1.1 Tổng quan về mạng ad hoc 3

1.1.1 Định nghĩa và đặc trưng của mạng ad hoc 3

1.1.2 Đặc điểm của mạng ad hoc 5

1.1.3 Ứng dụng của mạng ad hoc 6

1.2 Giao thức định tuyến AODV trong mạng ad hoc 10

1.2.1 Đặc điểm chung của giao thức định tuyến AODV 10

1.2.2 Cơ chế hoạt động của giao thức AODV 12

1.3 Một số phương pháp cải tiến cơ chế quảng bá thông tin định tuyến 28

1.3.1 Vấn đề bão quảng bá của giao thức AODV 28

1.3.2 Phương pháp sử dụng các bộ đếm thời gian 28

1.3.3 Phương pháp khám phá đường theo xác suất 29

1.3.4 Phương pháp định tuyến đa đường 29

1.3.5 Phương pháp lập lịch 30

1.3.6 Phương pháp quảng bá lại dựa trên thông tin từ các nút lân cận 31

1.4 Tổng kết Chương 1 31

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN CẢI TIẾN QUẢNG BÁ ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN THÔNG TIN TỪ CÁC NÚT LÂN CẬN 33

2.1 Ý tưởng của phương pháp 33

2.2 Giao thức NKR 34

2.3 Tính trễ quảng bá 35

2.4 Tính xác suất quảng bá 36

2.5 Triển khai phân cụm ảo LVC 37

2.7 Chu kỳ hiệu lực của liên kết LEP 39

2.6 Thuật toán quảng bá lại dựa trên thông tin nút lân cận 41

2.8 Tổng kết Chương 2 46

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ 47

3.1 Các tham số mô phỏng và độ đo đánh giá hiệu năng 47

3.1.1 Các tham số mô phỏng 47

3.1.1 Các độ đo đánh giá hiệu năng 48

3.2 Đánh giá về tỉ lệ quảng bá 49

3.2.1 Tỉ lệ quảng bá theo lưu lượng mạng 49

3.2.2 Tỉ lệ quảng bá theo số nút mạng 50

3.2.3 Tỉ lệ quảng bá theo vận tốc di chuyển 51

3.2.4 Tỉ lệ quảng bá theo băng thông yêu cầu 52

3.3 Đánh giá về chi phí định tuyến 54

3.3.1 Chi phí định tuyến theo số nút mạng 54

3.3.2 Chi phí định tuyến theo vận tốc di chuyển 55

3.4 Đánh giá về tỉ lệ tái liên kết 56

3.5 Tổng kết Chương 3 57

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Cường độ tín hiệu từ N1 đến các nút láng giềng 43

Bảng 3.1 Giá trị các tham số mô phỏng 47

Bảng 3.2 Dữ liệu về tỉ lệ quảng bá theo lưu lượng mạng 49

Bảng 3.3 Dữ liệu về tỉ lệ quảng bá theo số lượng nút mạng 50

Bảng 3.4 Dữ liệu về tỉ lệ quảng bá theo vận tốc di chuyển 51

Bảng 3.5 Dữ liệu về tỉ lệ quảng bá theo băng thông yêu cầu 53

Bảng 3.6 Dữ liệu về chi phí định tuyến theo số nút mạng 54

Bảng 3.7 Dữ liệu về chi phí định tuyến theo vận tốc di chuyển 55

Bảng 3.8 Dữ liệu về tỉ lệ tái liên kết theo phạm vi truyền 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Minh họa mạng ad hoc di động 3

Hình 1.2 Ví dụ minh họa mạng ad hoc trên xe bus 8

Hình 1.3 Một ví dụ của mạng Rooftop 9

Hình 1.4 Cấu trúc gói RREQ 16

Hình 1.5 Cấu trúc gói RREP 22

Hình 1.6 Cấu trúc gói RRER 27

Hình 2.1 Sơ đồ ý tưởng của phương pháp 33

Hình 2.2 Tiến trình yêu cầu đường 36

Hình 2.3 Truyền dữ liệu trên cơ sở hệ số kết nối 37

Hình 2.4 Quá trình truyền sử dụng LVC 38

Hình 2.5 Thủ tục truy vấn đường 43

Hình 2.6 Thủ tục trả lời đường 44

Hình 2.7 Hình trạng mạng cho thủ tục truy vấn và trả lời đường 45

Hình 2.8 Lập lịch cho chu kỳ truyền dữ liệu 45

Hình 3.1 Biểu đồ tỉ lệ quảng bá theo lưu lượng mạng 49

Hình 3.2 Biểu đồ tỉ lệ quảng bá theo số nút mạng 51

Hình 3.3 Biểu đồ tỉ lệ quảng bá theo tốc độ di chuyển 52

Hình 3.4 Biểu đồ tỉ lệ quảng bá theo băng thông yêu cầu 53

Hình 3.5 Biểu đồ chi phí định tuyến theo số lượng nút mạng 54

Hình 3.6 Biểu đồ chi phí định tuyến theo vận tốc di chuyển di chuyển 56

Hình 3.7 Biểu đồ tỉ lệ tái liên kết theo phạm vi truyền thông 57

MỞ ĐẦU

Một mạng ad hoc di động là một tập hợp các nút không dây di động làm việc cùng nhau Loại mạng này có thể hoạt động mà không cần cơ sở hạ tầng mạng để thực hiện kết nối và chúng có thể hoạt động theo kiểu tự quản Do các nút là thiết bị di động nên việc các liên kết có thể bị phá vỡ tại bất kỳ thời điểm nào theo định hướng di chuyển trong không gian của các nút Hai nút di động nằm ngoài phạm vi truyền thông vẫn có thể giao tiếp với nhau qua sự trợ giúp của các thiết bị khác trong phạm vi truyền thông của chúng Mạng ad hoc di động cung cấp khả năng truyền thông cho các khu vực thiếu hoặc không có cơ

sở hạ tầng truyền thông Loại mạng này không sử dụng cơ sở hạ tầng mạng cố định Nó sử dụng cơ chế định tuyến đa chặng để cung cấp kết nối mạng Việc truyền thông trong mạng có thể được thực hiện khi sử dụng các giao thức định tuyến để để khám phá đường động Khi đường truyền thông đã được thiết lập,

dữ liệu sẽ được chuyển tiếp Thủ tục bảo trì đường được sử dụng để thiết lập lại mạng cho môi trường động Hiệu suất của mạng đối với người dùng là vấn

đề quan trọng để duy trì chất lượng dịch vụ

Trong kịch bản truyền thông đa chặng, các gói dữ liệu xuất phát từ nút nguồn được các nút trung gian chuyển tiếp tới nút đích Do tính di động của các nút trong mạng ad hoc di động, các tuyến đường có thể sẽ bị lỗi làm kích hoạt tiến trình khám phá đường Điều này làm tăng trễ đầu cuối, giảm tỷ lệ phân phối thành công dữ liệu và quan trọng hơn là tăng chi phí hoạt động của các giao thức định tuyến Do đó, việc giảm chi phí định tuyến trong quá trình khám phá đường là một yếu tố thiết yếu trong mạng ad hoc di động Một số kỹ thuật định tuyến đa đường được sử dụng để giảm chi phí định tuyến trong ad hoc di động thông qua khả năng cân bằng tải, tăng thông lượng và các khả năng chịu lỗi Vấn đề loại bỏ các điểm tắc cổ chai là vấn đề chính cần thực hiện nhằm tối

thiểu hoá tắc nghẽn Phương pháp định tuyến đa đường chủ yếu được sử dụng

để cải thiện chất lượng dịch vụ trong mạng Mục đích của việc giảm chi phí định tuyến là để cải thiện hiệu quả của việc truyền thông điệp thành công Bằng cách cải thiện tỉ lệ truyền thành công, các gói dữ liệu sẽ được truyền từ nút đầu tới nút cuối Tuy nhiên, đối với các phương pháp định tuyến đa đường, chưa có nhiều phương pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu chi phí định tuyến

Mục tiêu chính của đề tài này là nghiên cứu phương pháp giảm tải định tuyến trong mạng ad hoc di động trên cơ sở phân tích yêu cầu của các trung gian trong việc quá trình hình thành mạng Điều này nhằm mục đích giảm lượng truy cập tài nguyên liên quan đến chất lượng dịch vụ Việc thay đổi linh hoạt các thiết bị đầu cuối khả năng và tạo ra cơ chế định tuyến ổn định được thực hiện bằng cách tăng thời gian hoạt động của các nút mạng Đề tài sẽ nghiên cứu

về các thuật toán mới được đề xuất để dự đoán liên kết dựa trên thông tin quảng

bá lại của các nút lân cận Phương pháp phân cụm ảo cũng được nghiên cứu trong đề tài ngày để giảm thiểu chi phí định tuyến Nó được sử dụng nhằm cải thiện cơ chế điều khiển cấu trúc mạng để tối thiểu hoá chi phí định tuyến và tăng thông lượng mạng bằng cách giảm tần suất lỗi của các liên kết

Cấu trúc luận văn được trình bày như sau: Chương 1 trình bày tổng quan

về mạng ad hoc, giao thức định tuyến AODV và một số phương pháp cải tiến

cơ chế quảng bá thông tin định tuyến của giao thức AODV Phương pháp và thuật toán cải tiến thuật toán quảng bá định tuyến dựa trên thông tin từ các nút lân cận sẽ được trình bày chi tiết trong Chương 2 Kết quả của việc mô phỏng,

so sánh đánh giá hiệu năng của giao thức NKR – giao thức triển khai phương pháp cải tiến thuật toán quảng bá định tuyến dựa trên thông tin từ các nút lân cận so với một số giao thức có liên quan được trình bày trong Chương 3 Cuối cùng là phần kết luận đưa ra những tổng kết và hướng phát triển của luận văn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Tổng quan về mạng ad hoc

1.1.1 Định nghĩa và đặc trưng của mạng ad hoc

Theo định nghĩa của Tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force),

Mạng ad hoc không dây di động là một vùng tự trị (Autonomous System) của

các bộ định tuyến được kết nối với nhau bằng liên kết không dây Mỗi nút mạng vừa đóng vai trò là thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trò là bộ định tuyến Các nút

có thể di chuyển một cách tự do làm cho kiến trúc của mạng thay đổi liên tục

Hình 1.1 Minh họa mạng ad hoc di động

Như vậy có thể thấy mạng ad hoc di động bao gồm tập các nút không dây

di động có thể trao đổi dữ liệu một cách linh động mà không cần sự hỗ trợ của trạm cơ sở cố định hoặc mạng có dây Mỗi nút di động có một phạm vi truyền giới hạn, do đó chúng cần sự trợ giúp của các nút láng giềng để chuyển tiếp các gói dữ liệu

Hình 1.1 là một ví dụ minh họa cho một mạng ad hoc di động Trong ví

dụ này, các gói tin từ nút nguồn là một máy tính cần chuyển tới một nút đích là

một điện thoại thông minh không nằm trong phạm vi truyền của nút nguồn Vì vậy, cần có sự trợ giúp của các nút trung gian để chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích Để thực hiện được công việc này, các nút mạng phải sử dụng giao thức định tuyến phù hợp cho mạng ad hoc di động

Trong mạng ad hoc, liên kết giữa các nút mạng được đặc trưng bởi khoảng cách giữa các nút và tính sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng mặc dù

là tạm thời Để triển khai thành công được mạng ad hoc, thiết kế và công nghệ mạng phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

 Đảm bảo kết nối khi nút mạng di chuyển: Khoảng cách giữa các nút hoặc trạng thái ở gần nhau của chúng định nghĩa ranh giới mạng Chỉ cần hai hoặc nhiều nút chuyển động trong một bán kính nhất định là tạo thành một mạng ad-hoc Chính sự chuyển động làm cho khoảng cách giữa các nút thay đổi gây ra bản chất đặc biệt (ad-hoc) của mạng

 Tính sẵn sàng hợp tác: Các nút ở trong khoảng cách đủ gần phải sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng Nói cách khác, tự bản thân nút quyết định

“online” hay “offline”

 Mạng ngang hàng tạm thời: Tại bất cứ một thời điểm nào, mạng ad-hoc được xác định bởi các nút đang “online” và ở trong một khoảng cách nhất định Một nút luôn có xu hướng tham gia hay biến mất khỏi mạng Do đó, mạng được coi là tạm thời Hơn nữa, do không có một cơ sở hạ tầng mạng cho trước, các nút trong mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-to-peer)

1.1.2 Đặc điểm của mạng ad hoc

Do ad hoc là một mạng không dây hoạt động không cần sự hỗ trợ của hạ tầng mạng cơ sở trên cơ sở truyền thông đa chặng giữa các thiết bị di động vừa đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nên mạng ad hoc còn có một số đặc điểm nổi bật sau [11]:

 Cấu trúc động: Do tính chất di chuyển ngẫu nhiên của các nút mạng nên cấu trúc của loại mạng này cũng thường xuyên thay đổi một cách ngẫu nhiên ở những thời điểm không xác định trước Trong khi thay đổi, cấu trúc của mạng ad hoc có thêm hoặc mất đi các kết nối hai chiều hoặc kết nối một chiều

 Chất lượng liên kết hạn chế: Các liên kết không dây thường có băng thông nhỏ hơn so với các liên kết có dây Ngoài ra, do ảnh hưởng của cơ chế đa truy cập, vấn đề suy giảm tín hiệu, nhiễu và các yếu tố khác, băng thông thực của các liên kết không dây thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết của môi trường truyền không dây

 Các nút mạng có tài nguyên hạn chế: Mỗi nút di động trong mạng ad hoc có thể là một bộ cảm biến, một điện thoại thông minh hoặc một máy tính xách tay Thông thường các thiết bị này có tài nguyên hạn chế so với các máy tính trong mạng có dây và không dây truyền thống về tốc độ xử lý, dung lượng bộ nhớ và năng lượng nguồn pin nuôi sống hoạt động của nút

 Độ bảo mật thấp ở mức độ vật lý: Mạng không dây di động thường chịu tác động về mặt vật lý từ các nguồn gây nguy hại về an ninh nhiều hơn so với mạng có dây Về khía cạnh vật lý, các kỹ thuật gây mất an ninh và bảo mật trong mạng như nghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ thường dễ triển khai trong mạng ad hoc hơn là trong mạng có dây truyền thống

1.1.3 Ứng dụng của mạng ad hoc

Mạng ad hoc có rất nhiều ưu thế so với các mạng truyền thống về mặt ứng dụng trong những điều kiện khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địa hình,…) hoặc do những lý do về kinh tế (chi phí cáp trong một không gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập)

 Ứng dụng trong quân đội

Những thành tựu mới của công nghệ thông tin thường được áp dụng trong quân sự đầu tiên, và mạng không dây kiểu không cấu trúc cũng không phải là một ngoại lệ Nhiều năm nay, quân đội đã sử dụng các mạng “packet radios” – một nguyên mẫu đầu tiên của mạng chuyển mạch gói không dây ngày nay

Mạng ad hoc thuần túy thường tuân theo một mô hình điểm ngẫu nhiên, các nút tự do di chuyển theo bất cứ hướng nào, với bất cứ tốc độ nào Trong

mô hình mạng ad hoc cho quân đội, các nút phân nhóm theo bản chất tự nhiên của chúng khi chúng cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể Xu hướng di động ở đây là theo nhóm

Do đó, nếu đưa ra được một mô hình chuyển động theo nhóm, các vấn

đề của mạng ad hoc sẽ trở nên cụ thể hơn (ví dụ: định tuyến, sử dụng các ứng dụng thời gian thực như tiếng nói, video,…), cho phép phát triển một giải pháp tối ưu

 Các ứng dụng trong cuộc sống

Mạng ad hoc rất lý tưởng trong các trường hợp không có sẵn một cơ sở

hạ tầng thông tin, tuy nhiên lại cần phải thành lập một mạng tạm thời nhằm trao đổi thông tin và hợp tác cùng làm việc

Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, khó có thể có được một cơ sở hạ tầng

về thông tin vững chắc Hệ thống có trước đó rất có thể bị hỏng hoặc bị phá hủy hoàn toàn

Tại vùng có thảm họa, tất cả các phương tiện và hệ thống truyền thông đều bị phá hủy hoàn toàn Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,… đều được trang bị như một thiết bị đầu cuối di động – là một phần của mạng ad-hoc Mỗi nhân viên cũng mang theo một thiết bị đầu cuối di động Các thiết

bị đầu cuối này đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng tạm thời nhằm trao đổi thông tin Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và nhận thông tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin – đóng vai trò như router trên Internet

Đối với ứng dụng chia sẻ tài nguyên trong hội họp, khác với cách làm truyền thống khi những người tham gia hội thảo muốn chia sẻ tài liệu cho nhau

là gửi file đính kèm qua email hoặc sao chép qua các thiết bị lưu trữ thứ cấp có khả năng di động, tất cả những người tham dự hội thảo đều có thể sử dụng thiết

bị di động để tạo thành một mạng ad-hoc trong suốt thời gian đó Các thiết bị

có thể truyền thông với nhau, truyền/nhận các tài liệu được sử dụng trong hội thảo Khi hội thảo kết thúc, các thiết bị được tắt nguồn, mạng tự bị hủy bỏ

Đối với ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày, môi trường mạng là mạng

ad hoc thuần túy, tức là không có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bị đầu cuối tự cấu hình để thành lập mạng, mà không có sự quản lý tập trung Mạng này có thể tự chia nhỏ thành các mạng con Ví dụ như một mạng riêng giữa em học sinh và bạn của em, một mạng “chung” được khởi tạo bởi người muốn chia sẻ các chương trình trò chơi điện tử trên máy của anh ta Hai mạng này được trộn lẫn vào nhau một cách linh động

Hình 1.2 Ví dụ minh họa mạng ad hoc trên xe bus

 Mạng cảm biến

Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lượng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ Mạng cảm biến là mạng gồm các nút cảm biến (sensor) – các nút này hợp tác với nhau để cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như: giám sát môi trường (không khí, đất, nước), theo dõi môi trường sống, hành vi, dân số của các loài động, thực vật,

dò tìm động chấn, theo dõi tài nguyên, thực hiện trinh thám trong quân đội,

Trước đây mạng cảm biến thường bao gồm một lượng nhỏ các nút cảm biến được kết nối bằng cáp tới một trạm xử lý tập trung Ngày nay, các nút mạng cảm biến thường là không dây, phân tán để vượt qua các trở ngại vật lý của môi trường, tiết kiệm năng lượng và do trong nhiều trường hợp không thể

có được một hạ tầng có sẵn về năng lượng và truyền thông

Công nghệ mạng không dây kiểu không cấu trúc thường được áp dụng

để triển khai mạng cảm biến do:

 Các nút cảm biến được phân tán trong vùng không có sẵn cơ sở hạ tầng về truyền thông và năng lượng Các nút phải tự hình thành kết nối

 Các nút phải tự tự cấu hình, tự hoạt động trong bất cứ trường hợp nào

 Cấu hình mạng luôn có thể thay đổi (các nút cảm biến bị hỏng, các nút mới được thêm vào,…), mạng cảm biến phải tự thích nghi với những thay đổi này

 Mạng Rooftop

Là một công nghệ đang bùng nổ để cung cấp truy cập mạng băng thông rộng tới các gia đình, một cách để thay thế ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) và các công nghệ tương tự khác Mạng rooftop sử dụng công nghệ mạng ad-hoc để mở rộng phạm vi của một số điểm truy cập – các điểm này được nối với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) Mỗi người truy cập được trang bị một router ad-hoc cho phép chuyển tiếp lưu lượng thay mặt những người truy cập khác

Từ khía cạnh ad-hoc, những mạng MANET như vậy là tương đối tĩnh – cấu hình của mạng hiếm khi thay đổi

Hình 1.3 Một ví dụ của mạng Rooftop

 Mở rộng phạm vi của điểm truy cập

Trong các mạng không dây được sử dụng rộng rãi ngày nay, các nút mạng

di động được kết nối với các điểm truy cập theo cấu hình hình sao Để được kết nối vào mạng, người sử dụng phải ở trong phạm vi truy cập của mạng Do phạm

vi truy cập này là giới hạn và cơ sở hạ tầng một chặng (one-hop) của cấu hình

này, các điểm truy cập phải được trải rộng trong toàn bộ vùng, bao phủ khắp những nơi muốn kết nối với nhau

Sử dụng mạng không dây kiểu không cấu trúc, nhu cầu cần các điểm truy cập sẽ giảm – người sử dụng bên ngoài phạm vi truy cập sẽ vẫn có thể được

“tiếp sóng” thông qua một hoặc nhiều nút trung gian để truy cập được vào mạng

1.2 Giao thức định tuyến AODV trong mạng ad hoc

1.2.1 Đặc điểm chung của giao thức định tuyến AODV

AODV [2] là một giao thức định tuyến động, đa chặng và tự khởi động giữa các nút mạng di động tham gia vào mạng không dây kiểu không cấu trúc AODV cho phép các nút mạng di động tìm được các con đường tới một nút đích nào đó một cách nhanh chóng và không yêu cầu các nút duy trì các con đường tới đích khi không truyền thông AODV cho phép các nút di động làm việc được với sự thay đổi hình trạng của mạng hoặc liên kết bị đứt

Hoạt động của AODV là hoạt động tránh lặp vòng và cung cấp khả năng hội tụ nhanh khi hình trạng mạng thay đổi Khi một liên kết bị đứt, AODV sẽ gây ra một hiệu ứng để báo cho tập các nút mạng di động biết rằng chúng có thể bỏ tính hiệu lực của các con đường sử dụng liên kết đã bị đứt

Một đặc điểm khác biệt quan trọng của AODV so với các thuật toán định tuyến truyền thống trong mạng có dây là nó sử dụng một số thứ tự đích cho mỗi một dòng trong bảng định tuyến Số thứ tự đích được nút đích tạo ra được đưa vào cùng với các thông tin định tuyến khác và được gửi đi đến nút có yêu cầu Nút yêu cầu sẽ lựa chọn một con đường có số thứ tự lớn nhất

Các thông điệp yêu cầu đường đi RREQ, đáp ứng đường đi RREP và lỗi đường đi RERR là các thông điệp được định nghĩa trong AODV Các kiểu

thông điệp này được nhận về qua UDP và công việc xử lý IP header thông thường sẽ được áp dụng Khi một nút muốn xác định một đường đi đến đích,

nó sẽ quảng bá thông điệp RREQ Một con đường có thể được xác định khi thông điệp RREQ đến được đích của nó hoặc một khi thông điệp RREQ đến được một nút trung gian có một con đường “đủ mới” đến đích Một con đường

“đủ mới” là một con đường tới đích hợp lệ trong bảng định tuyến có một số thứ

tự ít nhất là bằng với số thứ tự chứa trong thông điệp RREQ Nút chứa con đường này sẽ gửi thông điệp RREP dạng unicast tới nút yêu cầu đường đi Mỗi một nút nhận thông điệp RREQ sẽ đưa vào bộ nhớ đệm để hình thành con đường quay trở lại cho thông điệp RREP Thông điệp RREP quay trở lại qua các nút đã chuyển thông điệp RREQ cho đến khi tới được nút ban đầu yêu cầu đường đi

Các nút theo dõi trạng thái liên kết của các chặng tiếp theo trong các con đường hiện hành Khi một liên kết bị đứt trong một con đường hiện hành được phát hiện, một thông điệp báo lỗi RERR sẽ được sử dụng để báo cho các nút khác biết rằng một liên kết đã bị đứt Thông điệp RERR chỉ ra rằng các đích này không thể đi đến được nếu sử dụng liên kêt đã bị đứt Để cho phép thực

hiện được cơ chế báo cáo này, mỗi một nút phải giữ một “danh sách con trỏ trước”, danh sách này sẽ chứa địa chỉ IP của mỗi một nút hàng xóm được sử

 Địa chỉ IP đích

 Số thứ thự đích

 Cờ số thứ tự đích hợp lệ

 Các cờ trạng thái và cờ định tuyến khác (chẳng hạn như hợp lệ, không hợp

lệ, đã được sửa, đang được sửa)

đó trong bảng định tuyến là con đường không hợp lệ

1.2.2 Cơ chế hoạt động của giao thức AODV

 Duy trì các số thứ tự

Mọi bảng định tuyến trong mọi nút di động trong mạng không dây kiểu không cấu trúc phải chứa các thông tin mới nhất về số thứ tự cho địa chỉ IP của nút đích đối với mỗi một dòng trong bảng định tuyến khi các nút duy trì bảng định tuyến của mình Số thứ tự này được gọi là “số thứ tự đích” Nó được cập nhật khi một nút nhận được thông tin mới về số thứ tự từ các thông điệp RREQ, RREP hoặc RERR liên quan đến đích AODV phụ thuộc vào mỗi nút trong

mạng khi nút này duy trì các số thứ tự đích của nó nhằm đảm bảo tránh khỏi việc định tuyến lặp vòng cho mọi con đường đi ra từ nút đó Một nút đích sẽ tăng số thứ tự của nó trong hai tình huống:

Trước khi một nút bắt đầu việc khám phá một con đường mới, nó phải tăng số thứ tự của mình Điều này nhằm ngăn cản sự xung đột với các con đường trước đó đã được hình thành khi quay trở lại chính nó bằng thông điệp RREQ

Trước khi một nút đích khởi tạo một thông điệp RREP để trả lời thông điệp RREQ mà nó nhận được, nó phải cập nhật số thứ tự của nó bằng một số thứ tự hiện tại lớn nhất và số thứ tự đích có trong gói tin RREQ

Khi một nút đích tăng số thứ tự của nó, số thứ tự mới phải là số thứ tự chưa được sử dụng lần nào Nếu số thứ tự hiện đang sử dụng đã là số lớn nhất (chẳng hạn bằng 4294967295 với 32 bit số nguyên không dấu), số thứ tự tiếp theo sẽ quay về bằng 0 Nói cách khác, nếu một số thứ tự hiện tại có giá trị là

2147483647 là số dương lớn nhất có thể, nếu phép toán lấy phần bù của 2 được

áp dụng với số nguyên 32 bit, giá trị tiếp theo sẽ là 2147483648 là giá trị âm lớn nhất có thể trong cùng một hệ thống số Việc biểu diễn các số âm không liên quan đến việc tăng các số thứ tự AODV Đây là sự tương phản trong dạng

so sánh kết quả của 2 số thứ tự AODV

Để khẳng định rằng thông tin về một đích thông tin mới, một nút phải so sánh giá trị số thứ tự hiện tại của nó với số thứ tự trong các thông điệp AODV

mà nó nhận được Việc so sánh này phải được hoàn tất bằng phép toán số học

có dấu Điều này là cần thiết vì quá trình gán số thứ tự là quá trình quay vòng Nếu hiệu của số thứ tự nhận được trừ đi số thứ tự hiện tại được lưu trữ là một

số âm thì thông tin liên quan đến đích trong thông điệp AODV sẽ bị bỏ qua

Một tình huống khác mà một nút có thể thay đổi số thứ tự đích của một trong các dòng trong bảng định tuyến của nó là tình huống đáp ứng lại việc một liên kết tới một nút tiếp theo đã bị mất hoặc đã quá tồn tại quá thời gian cho phép mà không được cập nhật Nút này sẽ theo dõi các con đường nào sử dụng chặng đó làm chặng tiếp theo để đi đến đích trong bảng định tuyến của

nó Trong trường hợp này, với mỗi một con đường đến đích sử dụng chặng tiếp theo này, nút hiện tại sẽ tăng giá trị số thứ tự và đánh dấu con đường này là không hợp lệ Bất cứ khi nào một nút nào đó nhận được thông tin định tuyến

đủ mới về một đích nào đó được đánh dấu trong bảng định tuyến là không hợp

lệ, nút này sẽ cập nhật bảng định tuyến của nó theo thông tin mà nó nhận được

Một nút có thể thay đổi số thứ tự trong một dòng của bảng định tuyến của một đích chỉ khi nếu:

 Bản thân nó là nút đích, và yêu cầu một con đường mới tới chính nó

 Nó nhận được một thông điệp AODV với các thông tin mới về số thứ tự của nút đích

 Con đường tiếp theo tới nút đích bị đứt hoặc đã quá hạn thời gian không được cập nhật

 Bảng định tuyến và các danh sách con trỏ trước

Khi một nút nhận được một gói tin điều khiển AODV từ một nút hàng xóm hoặc cập nhật một con đường tới một đích hoặc một mạng con nào đó, nó

sẽ kiểm tra xem trong bảng định tuyến đã có dòng nào liên quan đến đích này hay chưa Trong trường hợp chưa có dòng nào trong bảng định tuyến liên quan đến đích này, một dòng mới sẽ được tạo ra Số thứ tự được xác định hoặc là từ thông tin chứa trong gói tin điều khiển, hoặc là từ trường số thứ tự hợp lệ được thiết lập là sai Một con đường chỉ được cập nhật nếu một số thứ tự mới là:

(i) cao hơn số thứ tự đích trong bảng định tuyến

(ii) bằng với số thứ tự đích trong bảng định tuyến nhưng số chặng (của thông tin mới) cộng thêm 1 là nhỏ hơn số chặng hiện tại trong bảng định tuyến

(iii) số thứ tự chưa được biết đến

Trường Lifetime của mỗi dòng trong bảng định tuyến được xác định hoặc

là từ gói tin điều khiển hoặc là được khởi tạo ban đầu tới ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT Con đường này giờ đây có thể được sử dụng

để gửi bất kỳ một gói dữ liệu nào và đáp ứng lại các yêu cầu tìm đường còn tồn tại

Mỗi khi một con đường được sử dụng để chuyển tiếp một gói tin dữ liệu, trường Active Route Lifetime của nút nguồn, nút đích và của các chặng tiếp theo trong con đường đi đến đích sẽ được cập nhật bằng giá trị không nhỏ hơn giá trị thời gian hiện tại cộng với ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT Khi con đường giữa mỗi một cặp nút nguồn và nút đích được coi là đối xứng, trường Active Route Lifetime của các chặng trước đó quay ngược trở lại đến nút IP nguồn cũng được cập nhật bằng một giá trị không nhỏ hơn giá trị thời gian hiện tại cộng với ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT Giá trị lifetime cho một Active Route được cập nhật mỗi lần con đường này được sử dụng mà không cần quan tâm tới việc đích là một nút đơn hay là một mạng con

Với mỗi một con đường hợp lệ được một nút duy trì như là một dòng trong bảng định tuyến, nút đó cũng duy trì một danh sách các con trỏ trước Danh sách này sẽ nhận các thông báo từ một nút trong sự kiện phát hiện ra một liên kết tới chặng tiếp theo bị đứt Danh sách các con trỏ trước của mỗi dòng trong bảng định tuyến chứa các nút hàng xóm tới một con đường phản hồi được sinh ra hoặc được chuyển tiếp

 Tạo gói yêu cầu tìm đường RREQ

Giao thức AODV sử dụng gói tin RREQ để gửi yêu cầu tìm đường Cấu trúc gói RREQ được biểu diễn trong Hình 1.4

Hình 1.4 Cấu trúc gói RREQ

Một nút sẽ phát ra một thông điệp RREQ khi nó khác khi nó cần một con đường tới một đích và chưa có một con đường nào Điều này có thể xảy ra nếu nút đó chưa biết một con đường nào đến đích đó hoặc nếu nó đã có một con đường hợp lệ tới đích nhưng đã quá khoảng thời gian cập nhật cho phép con đường này không được cập nhật hoặc nó bị đánh dấu là không hợp lệ Trường Destination Sequence Number trong thông điệp RREQ là số thứ tự đích được biết lần gần nhất cho đích này và được sao chép từ trường Destination Sequence Number trong bảng định tuyến của nút Nếu trường số thứ tự chưa biết, cờ ‘U’ phải được thiết lập là True Trường Originator Sequence Number trong thông điệp RREQ là số thứ tự của chính nút đó Số thứ tự này sẽ được tăng trước khi đưa vào trong thông điệp RREQ Trường RREQ ID được tăng thêm một đơn

vị từ RREQ ID cuối cùng được nút hiện tại sử dụng Mỗi một nút chỉ duy trì một RREQ ID Trường Hop Count được thiết lập bằng 0

Trước khi quảng bá thông điệp RREQ, nút nguồn sẽ lưu lại giá trị trường RREQ ID và trường Originator IP address của RREQ trong một khoảng thời

gian bằng giá trị PATH_DISCOVERY_TIME Theo cách này, khi một nút nhận lại gói tin đó từ các nút hàng xóm của nó, nó sẽ không xử lý và không chuyển tiếp gói tin này

Một nút nguồn thường muốn truyền thông hai chiều với một nút đích Trong trường hợp này, nút nguồn phải có một con đường tới nút đích và nút đích cũng phải có một con đường quay trở lại nút nguồn Để giải quyết vấn đề này theo một phương pháp hiệu quả nhất có thể, khi một nút trung gian bất kỳ sinh ra một thông điệp RREP để truyền đến nút nguồn, nút trung gian này nên thực hiện thêm một vài hành động để báo cho nút đích biết về con đường quay trở lại nút nguồn Nút nguồn chọn chế độ này cho hoạt động của các nút trung gian bằng cách thiết lập cờ ‘G’ trong thông điệp RREQ

Số thông điệp RREQ trong mỗi giây một nút tạo ra không nên nhiều hơn giá trị RREQ_RATELIMIT Sau khi quảng bá một thông điệp RREQ, một nút đợi một thông điệp RREP (hoặc một thông điệp điều khiển khác với thông tin hiện tại về một con đường tới đích tương ứng) Nếu một con đường không nhận được trong khoảng thời gian NET_TRAVERSAL_TIME mili giây, nút này có thể thử khám phá một con đường bằng cách quảng bá một thông điệp RREQ khác Số lần gửi lại lớn nhất là RREQ_RETRIES lần tại trị TTL lớn nhất Mỗi lần thử gửi lại một thông điệp RREQ, nút gửi phải tăng và cập nhật trường RREQ ID và trường IP header cũng phải được thiết lập lại theo một cơ chế đặc biệt để cho phép điều khiển thời gia RREQ có thể phát lại ở lần thử lại tiếp theo

là bao lâu

Các gói dữ liệu đang đợi một con đường (ví dụ, đợi một thông điệp RREP sau khi một thông điệp RREQ đã được gửi đi) nên lưu trữ vào bộ đệm Bộ đệm nên tổ chức theo kiểu FIFO Nếu một con đường không thể phát hiện được sau

số lần thử phát RREQ là RREQ_RETRIES lần và khoảng thời gian TTL lớn

nhất, mọi dữ liệu đang lưu trữ trong bộ đệm sẽ bị xóa và thông điệp Destination Unreachable nên được đưa ra trong các ứng dụng

Để làm giảm sự tắc nghẽn trong một mạng, thời gian thử truyền lại thông điệp RREQ khi một nút nguồn muốn tìm đường tới một đích nào đó phải thực hiện theo quy luật hàm mũ nhị phân Lần đầu tiên một nút nguồn quảng bá một thông điệp RREQ, nó sẽ đợi một khoảng thời gian là NET_TRAVERSAL_TIME mili giây cho việc nhận một thông điệp trả lời RREP Nếu thông điệp RREP không nhận được sau trong khoảng thời gian trên, nút nguồn sẽ gửi một thông điệp RREQ mới Khi tính toán thời gian chờ tiếp theo để nhận thông điệp RREP sau khi gửi thông điệp RREP thứ hai, nút nguồn phải sử dụng một hàm mũ nhị phân Do đó, khoảng thời gian chờ tương ứng ở lần gửi thông điệp RREQ thứ hai là (2 x NET_TRAVERSAL_TIME) mili giây Nếu không nhận được một thông điệp RREP nào sau khoảng thời gian này, một thông điệp RREQ tiếp theo sẽ được gửi tiếp đi cho đến khi nào

số lần gửi vượt quá giá trị RREQ_RETRIES sau lần gửi đầu tiên Với mỗi lần thử gửi lại, thời gian chờ sẽ là gấp đôi thời gian chờ của lần gửi trước bởi vì thời gian này tuân theo dạng của hàm mũ nhị phân

 Điều khiển truyền gói RREQ

Để ngăn cản việc truyền các thông điệp RREQ không cần thiết, nút nguồn nên sử dụng một kỹ thuật tìm kiếm dạng vòng mở rộng Trong kỹ thuật tìm kiếm dạng vòng mở rộng, đầu tiên nút nguồn bắt đầu sử dụng một TTL=TTL_START trong IP header chứa gói tin RREQ và thiết lập thời gian timeout cho khoảng thời gian đợi thông điệp RREP là RING_TRAVERAL_TIME mili giây Giá trị TTL_VALUE được sử dụng để tính giá trị RING_TRAVERAL_TIME được thiết lập bằng với giá trị của trường TTL trong IP header Nếu sau thời gian timeout mà không nhận được thông điệp RREP trả lời, nút nguồn sẽ quảng bá lại thông điệp RREQ với thời

gian TTL tăng lên TTL_INCREMENT đơn vị Việc này sẽ tiếp tục cho đến khi TTL được thiết lập trong RREQ đạt đến ngưỡng TTL_THRESHOLD, ngoại trừ trường hợp TTL=NET_DIAMETER được sử dụng cho mỗi lần thử truyền lại RREQ Sau mỗi lần, khoảng thời gian timeout chờ để nhận một thông điệp RREP là RING_TRAVERAL_TIME Khi muốn trong mọi lần thử lại, thông điệp RREQ sẽ đi qua toàn bộ mạng không dây kiểu không cấu trúc, chỉ cần thiết lập cả giá trị TTL_START và TTL_INCREMENT đều bằng giá trị NET_DIAMETER

Số chặng lưu trữ trong một dòng không có hiệu lực trong bảng định tuyến chỉ ra số chặng đến đích đó trong bảng định tuyến được biết đến lần cuối cùng

là bao nhiêu Khi một con đường mới tới cùng đích được yêu cầu tại thời điểm sau đó, trường TTL trong IP header của gói RREQ được khởi tạo bằng giá trị

số chặng cộng với TTL_INCREMENT Sau mỗi lần timeout, TTL được tăng một giá trị bằng TTL_INCREMENT cho đến khi TTL=TTL_THRESHOLD ngoại trừ trường hợp TTL=NET_DIAMETER được sử dụng Mỗi khi TTL=NET_DIAMETER, thời gian timeout cho thông điệp RREP được thiết lập bằng NET_TRAVERSEL_TIME

 Xử lý và chuyển tiếp các thông điệp RREQ

Khi một nút nhận được một thông điệp RREQ, đầu tiên nó sẽ tạo hoặc cập nhật một con đường tới các chặng trước đó mà không có một số thứ tự hợp

lệ, sau đó nó sẽ kiểm tra để xác định xem nó đã nhận được thông điệp RREQ

có cùng giá trị của trường địa chỉ IP nút nguồn và RREQ ID trong khoảng thời gian tối thiểu lần cuối của PATH_DISCOVERY_TIME hay chưa Nếu nó đã nhận được một thông điệp RREQ như vậy, nút này sẽ bỏ qua thông điệp RREQ mới nhận được Tuy nhiên, phần sau đây sẽ mô tả về các thao tác cần thiết khi một nút nhận được một thông điệp RREQ không bị bỏ qua

Trước hết, nó sẽ tăng giá trị số chặng trong RREQ thêm một đơn vị Sau

đó, nó sẽ tìm một con đường quay lại tới Originator IP Address Nếu cần, nó sẽ tạo ra một con đường mới hoặc nó sẽ cập nhật một con đường đã có trong bảng định tuyến bằng cách sử dụng trường Originator Sequence Number trong thông điệp RREQ nó nhận được Khi một con đường quay lại được tạo ra hoặc cập nhật, các thao tác sau sẽ được thực hiện:

1 Giá trị Originator Sequence Number trong RREQ được sao chép lại nếu giá trị này lớn hơn giá trị của số thứ tự đích hiện tại

2 Trường số thứ tự hợp lệ sẽ được thiết lập là True

3 Chặng tiếp theo trong bảng định tuyến được thiết lập là nút đã truyền thông điệp RREQ đến nút hiện tại

4 Giá trị số chặng được sao chép từ trường Hop Count trong thông điệp RREQ

Khi một nút nhận được một thông điệp, trường Lifetime của dòng tương ứng với con đường quay ngược lại nút ban đầu được thiết lập là giá trị lớn nhất của ExistingLifetime và MinimalLifetime, trong đó:

Nút hiện tại có thể sử dụng con đường nghịch để chuyển tiếp các gói tin

dữ liệu giống với cách nó sử dụng bất kỳ một con đường nào khác trong bảng định tuyến

Nếu một nút không sinh ra thông điệp trả lời RREP, và nếu giá trị trường TTL trong phần IP header lớn hơn 1, nút này sẽ cập nhật và quảng bá thông điệp RREQ tới địa chỉ 255.255.255.255 trên tất cả các interface đã được cấu hình của nó Khi cập nhật thông điệp RREQ, trường giá trị trường TTL trong gói tin RREQ đi ra từ nút này sẽ bị giảm đi 1 đơn vị, và giá trị trường Hop

Count trong thông điệp RREQ được tăng lên 1 giá trị, để tính toán số chặng mới qua nút trung gian Cuối cùng, giá trị số thứ tự đích cần đến trong bảng định tuyến sẽ được cập nhật bằng giá trị lớn nhất tương ứng trong thông điệp RREQ và giá trị số thứ tự đích hiện tại này sẽ được nút này duy trì cho đích cần tìm Tuy nhiên, nút chuyển tiếp thông điệp RREQ không được sửa đổi giá trị đang lưu giữ về số thứ tự đích, thậm chí nếu giá trị nhận được trong thông điệp RREQ đến lớn hơn giá trị hiện tại đang được nút chuyển tiếp lưu giữ

Nói cách khác, nếu một nút không sinh ra một thông điệp RREP thì nút

đó sẽ không xử lý thông điệp RREQ Chú ý rằng, nếu các nút trung gian trả lời lại mọi thông điệp RREQ cho một đích nào đó thì nó có thể làm cho đích này không nhận được bất cứ thông tin nào về các thông điệp tìm đường đến đích

đó Trong tình huống này, đích này không học được con đường quay lại nút ban đầu từ thông điệp RREQ Điều này có thể gây ra việc nút đích lại phải bắt đầu một quá trình tìm đường (chẳng hạn, nút nguồn đang cố gắng thiết lập một phiên TCP) Để đảm bảo nút đích luôn học được các con đường đến nút nguồn, nút nguồn nên thiết lập cờ ‘G’ trong thông điệp RREQ nó sinh ra Nếu điều này xảy ra, một nút trung gian khi sinh ra một thông điệp RREP gửi trả về nút nguồn

 Tạo gói trả lời đường RREP

Giao thức AODV dùng gói tin RREP (Hình 1.5) để trả lời truy vấn đường

Hình 1.5 Cấu trúc gói RREP

Một nút tạo ra một thông điệp RREP nếu:

(i) Bản thân nó là nút đích

(ii) Nó có một con đường đang hoạt động đến đích, số thứ tự đích thuộc dòng trong bảng định tuyến tương ứng với đích này là hợp lệ và lớn hơn hoặc bằng giá trị của trường Destination Sequence Number của thông điệp RREQ nó nhận được và cờ ‘D’ không được thiết lập trong thông điệp RREQ

Khi tạo ra một thông điệp RREP, một nút sẽ sao chép giá trị trường Destination IP Address và giá trị trường Originator Sequence Number từ thông điệp RREQ vào các trường tương ứng trong thông điệp RREP được tạo ra Quá trình xử lý hơi khác biệt trên một nút nếu nút bản thân nút đó là nút đích hoặc nếu nút đó là một nút trung gian có một con đường “đủ mới” tới nút đích

Mỗi lần được tạo ra, thông điệp RREP được truyền unicast tới nút tiếp theo hướng theo con đường đến nút nguồn đã sinh ra thông điệp yêu cầu đường

đi RREQ Khi thông điệp RREP được chuyển tiếp ngược trở lại nút đích đã sinh ra thông điệp RREQ, trường Hop Count sẽ được tăng lên 1 đơn vị khi đi qua mỗi nút Do đó, khi thông điệp RREP đến được nút nguồn, giá trị trường

Hop Count sẽ biểu diễn khoảng cách tính bằng số chặng từ nút nguồn đến nút đích

Tạo thông điệp trả lời RREP từ nút đích

Nếu nút sinh ra thông điệp RREP chính là nút đích, nó phải tăng số thứ

tự của nó lên một đơn vị nếu số thứ tự trong thông điệp RREQ bằng với giá trị

đã tăng Ngược lại, nút đích không thay đổi số thứ tự của nó trước khi sinh ra thông điệp RREQ Nút đích sẽ đưa số thứ tự của nó vào trường Destination Sequence Number và đưa giá trị 0 vào trường Hop Count trong thông điệp RREP

Nút đích sẽ sao chép giá trị MY_ROUTE_TIMEOUT vào trường Lifetime của RREP Mỗi một nút có thể tự cấu hình giá trị MY_ROUTE_TIMEOUT của riêng mình miễn là giá trị này nằm trong một giới hạn xác định

Tạo thông điệp trả lời RREP từ nút trung gian

Nếu nút sinh ra thông điệp RREP không phải là nút đích mà là một nút trung gian trong con đường đi đến đích, nó sẽ sao chép giá trị số thứ tự nó biết

về nút đích vào trường Distination Sequence Number của RREP

Nút trung gian cập nhật dòng tưong ứng với con đường chuyển tiếp đến đích trong bảng định tuyến bằng cách đưa nút cuối cùng truyền RREQ đến nó (địa chỉ IP nguồn trong IP header) vào danh sách con trỏ trước cho dòng tương ứng với con đường chuyển tiếp Nút trung gian cũng cập nhật dòng tương ứng với con đường chuyển tiếp quay lại nguồn trong bảng định tuyến bằng cách đưa nút tiếp theo trong con đường đi đến đích vào trong danh sách con trỏ trước

Nút trung gian sẽ đưa khoảng cách từ nó đến đích tính bằng số chặng vào trong trường Hop Count của thông điệp RREP Trường Lifetime của thông điệp

RREP được tính toán bằng cách lấy thời gian timeout trong bảng định tuyến trừ

đi thời gian hiện tại

Tạo thông điệp RREP đến nút đích

Khi một nút nhận được một thông điệp RREQ và trả lời bằng thông điệp RREP, nó sẽ không xử lý thông điệp RREQ nữa Nếu cờ ‘G’ trong RREQ đã được thiết lập, nút trung gian sẽ trả một thông điệp RREP về nút nguồn đồng thời nó phải gửi kiểu unicast một thông điệp RREP đến nút đích Thông điệp RREP gửi đến nút đích là thông điệp gửi đến một đích xác định Thông điệp RREP này sẽ chứa các giá trị sau trong các trường của nó:

 Hop Count: Giá trị Hop Count trong dòng tương ứng con đường đến nút nguồn

 Destination IP Addresss: Địa chỉ IP của nút sinh ra thông điệp RREQ

 Destination Sequence Number: Giá trị trường Originator Sequence Number trong RREQ

 Originator IP Address: Địa chỉ IP của nút đích trong RREQ

 Lifetime: Khoảng thời gian sống còn lại của quay trở lại nút nguồn của RREQ mà nút trung gian biết được

Thông điệp RREP chỉ được gửi đến nút đích bằng cách gửi tới nút tiếp theo theo con đường tới nút đích mà nó biết khi mà nó nhận được một thông điệp RREQ yêu cầu con đường tới nút đích

 Nhận và chuyển tiếp gói RREP

Khi một nút nhận một thông điệp RREP, nó sẽ tìm kiếm một con đường tới chặng trước nó Nếu cần thiết, một con đường sẽ được tạo ra cho chặng trước nó nhưng không cần một số thứ tự hợp lệ Tiếp theo, nút này sẽ tăng giá trị số chặng trong trường Hop Count của thông điệp RREP lên một đơn vị Sau

đó con đường chuyển tiếp cho đích này được tạo ra nếu nó chưa tồn tại Ngược

lại, nút này sẽ so sánh giá trị của trường Destination Sequence Number trong thông điệp với giá trị của số thứ tự đích mà nó lưu trữ cho con đường tới đích Destination IP Address trong thông điệp RREP Trên cơ sở sự so sánh này, một dòng đã có trong bảng định tuyến sẽ được cập nhật khi một trong các tình huống sau xảy ra:

Số thứ tự của dòng trong bảng định tuyến được đánh dấu là không hợp lệ Giá trị trường Destination Sequence Number trong RREP lớn hơn số thứ tự đích mà nút hiện tại đang lưu giữ

Các số thứ tự bằng nhau nhưng con đường đó lại đang bị đánh dấu là không hoạt động

Các số thứ tự bằng nhau và số chặng mới tính được từ RREP nhỏ hơn số chặng trong dòng tương ứng của bảng định tuyến

Nếu dòng tương ứng với đích trong bảng định tuyến đã được tạo ra hoặc

đã được cập nhật thì các công việc sau sẽ được thực hiện:

 Con đường này được đánh dấu là hoạt động

 Số thứ tự đích được đánh dấu là hợp lệ

 Nút tiếp theo trong dòng tương ứng của bảng định tuyến sẽ được gán là nút truyền RREP đến nó Đây chính là nút được chỉ định bằng trường địa chỉ IP nguồn trong IP header

 Giá trị trường Hop Count được thiết lập giá trị mới

 Thời gian quá hạn được thiết lập bằng thời gian hiện tại cộng với giá trị của trường Lifetime trong thông điệp RREP

 Số thứ tự đích là giá trị của trường Destination Sequence Number trong thông điệp RREP

Nút hiện tại sau đó có thể sử dụng con đường này để chuyển tiếp các gói tin dữ liệu đến đích

Nếu nút hiện tại không phải là nút xác định bằng trường Originator IP Address trong thông điệp RREP và một con đường chuyển tiếp đã được tạo hoặc cập nhật như đã mô tả ở trên, nút này sẽ tìm kiếm trong bảng định tuyến của nó xem có dòng nào tương ứng với con đường tới nút nguồn hay không để xác định chặng tiếp theo cho gói tin RREP và sau đó chuyển tiếp RREP ngược trở lại nguồn ban đầu bằng cách sử dụng các thông tin đã tìm được trong bảng định tuyến Nếu một nút chuyển tiếp một thông điệp RREP qua một liên kết có khả năng bị lỗi hoặc là liên kết một chiều, nút này nên thiết lập cờ ‘A’ để yêu cầu nút nhận được thông điệp RREP nó chuyển tiếp đi phải gửi lại thông điệp trả lời RREP-ACK để báo đã nhận được RREP

Khi bất kỳ nút nào truyền một thông điệp RREP, danh sách con trỏ trước cho nút đích tương ứng được cập nhật bằng cách thêm vào nó nút tiếp theo mà RREP sẽ được truyền chuyển tiếp đến Cuối cùng, danh sách con trỏ trước cho chặng tiếp theo hướng về nút đích cũng sẽ được cập nhật để chứa chặng tiếp theo hướng về nút nguồn

 Gói Hello

Giao thức AODV sử dụng gói Hello như là một phần của gói RREP để duy trì trạng thái kết nối Gói Hello chỉ sử dụng 4 trường của gói RREP Khi một nút gửi gói Hello, trường Destination IP chứa địa chỉ IP của nút gửi, Destination Sequence Number chứa số thứ tự hiện tại của nút, Hop Count thiết lập bằng 0 và Lifetime thiết lập bằng giá trị ALLOWED_HELLO_LOSS * HELLO_INTERVAL Mỗi nút thuộc một đường đang hoạt động sẽ quảng bá gói Hello trong gói IP có giá trị trường TTL bằng 1 theo chu kỳ HELLO_INTERVAL Nếu một nút đã nhận được một gói HELLO trước đó và

nó không nhận được gói Hello tiếp theo sau khoảng thời gian bằng ALLOWED_HELLO_LOSS * HELLO_INTERVAL, nút này coi như liên kết

giữa nó với nút gửi gói Hello đã bị đứt và khởi tạo tiến trình báo lỗi đường bằng gói RRER

 Gói báo lỗi đường RERR

Khi một nút nhận được thông tin về một đường bị lỗi hoặc một liên kết

bị phá vỡ, nó sẽ: (1) làm mất tính hiệu lực của các con đường đang tồn tại; (2) xác định danh sách các nút đích bị ảnh hưởng; (3) xác định các nút láng giềng

bị ảnh hưởng; (4) truyền gói RERR tới các nút láng giềng bị ảnh hưởng

Gói RRER được tạo ra khi một nút gặp phải một trong các tình huống: (i) khi liên kết tới chặng kế tiếp của đường tới đích bị đứt; (ii) khi nhận được gói dữ liệu có đích mà không có entry hợp lệ; (iii) khi nhận được gói RRER liên quan tới các đường trong bảng định tuyến

Hình 1.6 Cấu trúc gói RRER

Trước khi truyền thông điệp RERR, việc cập nhật được thực hiện đối với các entry chứa đích không đến được trong bảng định tuyến bao gồm: (1) tăng

số thứ tự đích của entry với trường hợp (i) và (ii) hoặc thiết lập số thứ tự đích bằng giá trị trường Unreachable Destination Sequence Number của gói RRER trong trường hợp (iii); (2) làm mất tính hiệu lực của entry bằng trạng thái Invalid; (3) thiết lập giá trị trường Lifetime của entry bằng thời gian hiện tại công với giá trị DELETE_PERIOD Sau khoảng thời gian Lifetime, nếu trạng thái của entry không thay đổi, entry này sẽ bị xoá khỏi bảng định tuyến