Thiết kế và mô phỏng giao thức định tuyến hữu hiệu cho mạng không dây ở lớp hai của mô hình osi

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu nền tảng lý thuyết của các giải thuật định tuyến cho mạng WMN hiện nay và giải thuật định tuyến link state XL gần đây 8/2008 Thiết kế một giao thức đị

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRẦN MINH HƯNG

THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN HỮU HIỆU CHO

MẠNG KHÔNG DÂY

Ở LỚP HAI CỦA MÔ HÌNH OSI

Chuyên ngành : Khoa Học Máy Tính

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2009

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Lê Ngọc Minh

Cán bộ chấm nhận xét 1 : Tiến sĩ Thoại Nam

Cán bộ chấm nhận xét 2 : Tiến sĩ Võ Văn Khang

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 25 tháng 8 năm 2009 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 Tiến sĩ Trần Văn Hoài

2 Tiến sĩ Lê Ngọc Minh

3 Tiến sĩ Thoại Nam

4 Tiến sĩ Võ Văn Khang

5 Tiến sĩ Nguyễn Đức Cường

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

Tp HCM, ngày 1 tháng 7 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN MINH HƯNG Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/1982 Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính MSHV:00707168

I- TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN HỮU HIỆU CHO MẠNG KHÔNG DÂY Ở LỚP HAI CỦA MÔ HÌNH OSI

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu nền tảng lý thuyết của các giải thuật định tuyến cho mạng WMN hiện nay và giải thuật định tuyến link state XL gần đây (8/2008) Thiết kế một giao thức định tuyến hữu hiệu cho mạng WMN và tiến hành mô phỏng để so sánh với các giải thuật đã biết khác

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/1/2007

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 1/7/2009

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến sĩ Lê Ngọc Minh

Tiến sĩ Lê Ngọc Minh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng ngoại trừ các kết quả tham khảo từ các công trình khác như

đã ghi rõ trong luận văn, các nội dung chính trình bày trong luận văn là do chính tôi thực hiện Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực và chưa có phần nào nội dung của luận văn được nộp để lấy bằng tại bất cứ trường nào hay từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác

TP HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2009 Tác giả luận văn

Trần Minh Hưng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn này tôi vô cùng chân thành cảm ơn sự giúp đỡ cũng như

sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô, đặc biệt thầy hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện luận văn Bên cạnh đó được sự quan tâm, sẵn sàng chỉ dẫn của các bạn

bè, các anh, các chị đã giúp tôi có thêm động hơn nữa lực để hoàn tất luận văn này Đặc biệt tôi xin gửi lời chân thành biết ơn đến bố mẹ đã sinh ra và chăm sóc, dạy dỗ

và nuôi dưỡng tôi nên người để tôi có được ngày hôm nay Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc rằng luận văn sẽ không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong mọi người góp ý thêm cho luận văn của tôi được hoàn thiện hơn Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn

TP HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2009 Tác giả luận văn

Trần Minh Hưng

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Wireless mesh network (WMN) là mạng không dây kết nối tự do bởi các nút sử dụng tín hiệu radio (máy tính xách tay, điện thoại và các thiết bị không dây khác) không sử dụng điều khiển tập trung Các giao thức định tuyến cho WMN hiện tại đều thực hiện ở lớp mạng sử dụng địa chỉ IP Luận văn sẽ trình bày giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả cho WMN gọi là giao thức định tuyến DLL-XL ở lớp

dữ liệu sử dụng địa chỉ vật lý cũng như các kết quả mô phỏng thu được Giao thức định tuyến DLL-XL sẽ sử dụng các kỹ thuật ngăn chặn những cập nhật không cần thiết để tăng hiệu quả của việc định tuyến

ABSTRACT

A wireless mesh network (WMN) is a communication network made up of radio nodes (laptops, cell phones and other wireless devices) organized in a mesh topology without central control Almost all current routing protocols for WMN are

at network layer This thesis presents a simple and efficient routing protocol, called DLL-XL routing protocol, at data link layer with MAC address for WMN, and the result of simulation The DLL-XL routing protocol achieves routing efficiency by suppressing updates from parts of the WMN when appropriate

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 7

BẢNG VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ 9

Chương 1: PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ 11

1.1 Giới thiệu wireless mesh network (WMN) 11

1.2 Bài toán định tuyến cho WMN 12

1.3 Hướng thực hiện 13

Chương 2: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 15

2.1 Draft IEEE 802.11s 15

2.2 Dự án OLPC 18

2.3 Dự án open80211s 19

Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT và PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 20

3.1 Một số giải thuật định tuyến tiêu biểu 20

3.1.1 Giải thuật AODV 20

3.1.2 Giải thuật OLSR 22

3.2 Kỹ thuật flooding trong định tuyến proactive 23

3.3 Giải thuật XL 26

3.3.1 Giới thiệu giải thuật XL 26

3.3.2 Ý tưởng của giải thuật XL 27

3.3.3 Chứng minh các tính chất của giải thuật XL 30

3.3.4 Ứng dụng của giải thuật XL 34

3.4 Phương pháp thực hiện 34

Chương 4: NỘI DUNG LUẬN VĂN 36

4.1 Hiện thực giải thuật XL 36

4.1.1 Chi phí kết nối 36

4.1.2 Hiện thực giải thuật XL vào thiết kế giao thức định tuyến DDL-XL 37

4.1.3 Các kỹ thuật dùng trong thiết kế giao thức định tuyến DLL-XL 39

4.2 Thiết kế giao thức định tuyến DLL-XL 40

4.2.1 Giới thiệu 40

4.2.2 Định dạng và chuyển tiếp gói 41

4.2.3 Cơ sở dữ liệu 41

4.2.4 Định dạng, gửi và xử lý thông điệp HELLO 43

2.5 Định dạng, gửi và xử lý thông điệp TC 44

4.2.6 Tính toán bảng định tuyến 46

4.2.7 Số thứ tự 47

4.2.8 Quá trình khởi động một nút 47

4.2.9 Kết nối với các mạng khác 48

4.2.10 Các hằng số sử dụng trong giao thức 48

Chương 5 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 50

5.1 Tổng quan về ns-2 50

5.2 Giới thiệu lớp MAC trong ns-2 50

5 3 Ngôn ngữ lập trình trong ns-2 52

5.4 Hiện thực mô đun định tuyến DLL-XL trong ns-2 55

5.5 Mô hình mạng dùng để mô phỏng giao thức định tuyến DLL-XL 55

5.6 Kết quả mô phỏng 56

5.6.1 Thời gian và lượng thông điệp định tuyến để mạng đạt đến trạng thái tĩnh .56

5.6.2 Lượng thông điệp và mật độ phân bố các nút 58

5.6.3 Tổng lượng thông điệp khi chi phí liên kết thay đổi 58

5.6.4 Số đường đi tối ưu khi sử dụng thông số xấp xỉ ε = 0 5 59

5.7 Đánh giá thông qua mô phỏng 60

Chương 6: KẾT LUẬN 61

6.1 Những đóng góp của luận văn 61

6.2 Hướng phát triển 61

Chương 7: THƯ MỤC THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 1

A Tải và cài đặt ns-2 1

B Cài đặt giao thức định tuyến DLL-XL và OLSR 1

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Một ứng dụng của WMN trong văn phòng 11

Hình 1.2: Một ví dụ về định tuyến 12

Hình 2.1: Các thành phần cơ bản trong WMN theo draft 802.11s 16

Hình 2.2: Kiến trúc các khối chức năng của 802.11s 17

Hình 3.1: Flooding RREQ để tìm đường 21

Hình 3.2: Mỗi nút khi nhận được RREQ sẽ tạo đường đi ngược 21

Hình 3.3: Đường đi được tìm thấy 21

Hình 3.4: Khi kết nối thay đổi 22

Hình 3.5: Multi-point relays 23

Hình 3.6: Flooding trong định tuyến 24

Hình 3.7: Sự dư thừa trong flooding 24

Hình 3.8: Giới hạn flooding bằng phân cấp nhân tạo 25

Hình 3.9: Giới hạn flooding theo bán kính 26

Hình 3.10: Mô tả luật S1 và S2 27

Hình 3.11: Mô tả luật C1 28

Hình 3.12: Ví dụ áp dụng các luật của giải thuật XL 28

Hình 3.13: Kết quả mô phỏng giải thuật XL 29

Hình 3.14: Một ví dụ về mô hình mạng 30

Hình 3.15: Khung nhìn bên trong và bên ngoài của một cặp nút 31

Hình 4.1: Một ví dụ về chi phí airtime 37

Hình 4.2: Giải thuật cập nhật đường đi 37

Hình 4.3: Quá trình khởi động nút 48

Hình 5.1: Các thành phần của một nút không dây trong ns-2 52

Hình 5.2: Ví dụ mô hình mạng đơn giản trong ns-2 54

Hình 5.3: Mô hình lưới dùng để mô phỏng 55

Hình 5.4: Mô hình một mạng ngẫu nhiên sinh bởi ns-2 56

Hình 5.5: Tổng lượng thông điệp cần để mạng đạt đến trạng thái tĩnh 57

Hình 5.6: Thời gian cần để mạng đạt trạng thái tĩnh 57

Hình 5.7: Số lượng thông điệp định tuyến khi mật độ nút thay đổi 58

Hình 5.8: Số lượng thông điệp khi số chi phí kết nối thay đổi 59

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Các hằng số trong công thức tính airtime 37

Bảng 4.2: Định dạng Frame theo tài liệu draft 802.11s 41

Bảng 4.3: Tập hợp các kết nối đến các nút kề 41

Bảng 4.4: Tập hợp các nút kề 42

Bảng 4.5: Tập hợp thông tin mạng chia sẻ với một nút kề 42

Bảng 4.6: Tập hợp thông tin mạng của bản thân nút 42

Bảng 4.7: Bảng thông tin đường đi 43

Bảng 4.8: Định dạng thông điệp TC 43

Bảng 4.9: Định dạng thông điệp HELLO 44

Bảng 4.10: Định dạng thông điệp TC 45

Bảng 5.1: Số đường đi tối ưu khi dùng thông số xấp xỉ ε = 0 5 59

BẢNG VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

mạng ad-hoc mạng không dây kết nối với nhau mà không cần điều

khiển tập trung, mỗi nút sẵn sàng chuyển tiếp dữ liệu cho nút khác

định tuyến proactive loại định tuyến mà các nút tham gia định tuyến liên tục

cập nhật và giữ các đường đi tốt nhất

định tuyến reactive loại định tuyến mà các nút tham gia định tuyến chỉ tìm

đường đi khi có yêu cầu

flooding quá trình gửi broadcast tất cả gói tin nhận được mà

mình không phải là đích đến dùng trong định tuyến

HELLO thông điệp dùng trong giao thức định tuyến DLL-XL

của luận văn

hop-count số lượng nút trung gian mà thông điệp đi qua

Hybrid Wireless Mesh

link-state network thuật ngữ chỉ mạng sử dụng phương thức định tuyến

link-state routing protocol, đây là mạng mà mỗi nút sẽ sẵn sàng thực hiện việc chuyển tiếp gói cho các nút khác

link-state routing

protocol

một trong hai loại giao định tuyến cơ bản cho mạng chuyển tiếp gói (họ định tuyến còn lại là distance vector routing )

Multipoint Relay (MPR) những nút được những nút khác bầu chọn ra để thực

hiện công việc định tuyến

TC thông điệp dùng trong giao thức định tuyến DLL-XL

của luận văn

Time To Live (TTL) giới hạn số nút (hoặc thời gian) mà thông điệp được

chuyển tiếp trong mạng trước khi bị loại bỏ

Wireless Mesh Network

(WMN)

một mạng gồm các thiết bị không dây kết nối với nhau theo cấu trúc hỗn độn, không theo chuẩn (mạng con của mạng ad-hoc)

wireless local area

Chương 1: PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ

1.1 Giới thiệu wireless mesh network (WMN)

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ không dây, các thiết bị không dây cũng phát triển rất nhanh về số lượng, tầm xa và chất lượng dịch vụ Mạng ad-hoc

là mạng không dây không có sự điều khiển tập trung mà các nút sẽ thực hiện việc chuyển tiếp dữ liệu cho các nút khác Việc xác định nút nào sẽ chuyển tiếp dữ liệu được xác định động dựa vào cấu trúc mạng lúc đó Mỗi nút cũng sẽ đóng vai trò một router và việc định tuyến cho nó là rất quan trọng

WMN [9] là một mạng không dây ad-hoc kết nối với nhau bằng sóng radio trong đó các nút tương đối ít di chuyển như mạng mobile ad-hoc [8] WMN có thể được ứng dụng cho nhiều kiểu hạ tầng mạng không dây khác nhau và một trong số đó là mạng không dây cục bộ WLAN WMN có khả năng thiết lập nhanh, phủ sóng trong những khu vực khó thực hiện việc đi dây, có khả năng mở rộng và tự cấu hình để đảm bảo hiệu suất Ngoài ra WMN còn có khả năng tăng tầm phủ sóng nhờ dùng nhiều nút để chuyển tiếp dữ liệu, giảm năng lượng sử dụng nhờ truyền với năng lượng thấp và tăng tải nhờ dùng đường đi ngắn

Do đó WMN thường được dùng trong những trường hợp khẩn cấp như thiên tai, chữa cháy, chống khủng bố và trong quân đội WMN cũng được dùng trong những trường hợp cần tiết kiệm chi phí như công ty, trường đại học

Hình 1.1 mô tả một ứng dụng của WMN trong một văn phòng

Hình 1.1: Một ứng dụng của WMN trong văn phòng

1.2 Bài toán định tuyến cho WMN

Hình 1.2: Một ví dụ về định tuyến Bài toán định tuyến là bài toán tìm đường đi giữa các nút trong mạng thỏa mãn một yêu cầu nào đó để gửi dữ liệu giữa chúng Hình 1.2 cho ta thấy một ví dụ về định tuyến cho một mạng nhỏ có 11 nút Các đường mũi tên đậm là các đường broadcast

từ nút x đến tất cả các nút Có nhiều đường đi từ nút x đến nút y nhưng trong đó chỉ

có một đường đi tốt nhất Đường đi từ nút x đến nút y có thể thay đổi khi có một nút trên đường đi không còn hoạt động Bài toán định tuyến phải đảm bảo nhận biết được sự thay đổi này và tính toán lại việc định tuyến cho phù hợp với hiện trạng mạng lúc đó

Tính đến thời điểm luận văn này được thực hiện (11/2008) đã có rất nhiều giải thuật thực hiện công việc định tuyến cho WMN, một số giải thuật đã được thương mại hóa Tuy nhiên vẫn chưa có một chuẩn định tuyến thống nhất và được chấp nhận rộng rãi cho WMN

Các loại giải thuật định tuyến chính cho mạng WMN gồm có:

• Định tuyến proactive

Định tuyến proactive thực hiện định tuyến bằng cách định kỳ gửi thông điệp định tuyến và bảo trì đường đi trong mạng Mỗi nút luôn giữ một danh sách các đích đến cũng như các đường đi hợp lệ Giải thuật cần một lượng lớn thông điệp để bảo trì đường đi và tốn nhiều thời gian để tính toán lại bảng đường đi khi mạng có biến động Các giao thức định tuyến proactive tiêu biểu cho WMN là OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) [3], BATMAN (The Better Approach To Mobile Ad-hoc Networking) [20] và DSDV (Destination Sequenced Distance Vector Routing) [16]

• Định tuyến reactive

Định tuyến reactive thực hiện định tuyến bằng cách flooding thông điệp yêu cầu định tuyến (Route Request) trong mạng Khi một nút cần một đường đi nó sẽ gửi broadcast thông điệp RREQ đến các nút kề Các nút kề này sau khi nhận được thông điệp RREQ sẽ broadcast tiếp thông điệp đến các nút lân cận của nó Quá trình này tiếp tục cho đến khi nút đích (hoặc nút trung gian có giữ đường đi đến đích) nhận được RREQ thì sẽ sinh ra thông điệp RREP trả lời và gửi ngược về cho nút có yêu cầu Giải thuật sẽ có thời gian đáp ứng chậm khi mạng lớn và sẽ gây ra nghẽn khi có quá nhiều yêu cầu định tuyến Các giao thức định tuyến reactive tiêu biểu cho WMN là AODV (Ad-hoc Ondemand Distance Vector) [17], và DSR (Dynamic Source Routing) [10]

• Định tuyến lai

Định tuyến lai là giải thuật định tuyến kết hợp định tuyến reactive và định tuyến proactive Tùy vào yêu cầu định tuyến cụ thể mà giải thuật sẽ thực hiện theo kiểu proactive hay reactive Giao thức định tuyến lai tiêu biểu là HWMP được giới thiệu trong 802.11s Draft phiên bản 2.0 [11]

1.3 Hướng thực hiện

Tính đến thời điểm luận văn này được thực hiện (11/2008), việc hiện thực định tuyến chủ yếu thực hiện ở lớp ba của mô hình mạng OSI Tuy nhiên việc hiện thực định tuyến ở lớp ba có một số điểm hạn chế chưa thể giải quyết được như trong tài liệu [2] đã nêu ra

Việc thực hiện định tuyến ở lớp hai của mô hình OSI sẽ giải quyết được những nhược điểm trên và tối ưu được việc truyền nhận Việc thực hiện tất cả các dịch vụ của WMN ở lớp hai cũng sẽ giúp cho WMN có khả năng làm nền cho các dịch vụ ở các lớp cao hơn và kết nối với các mạng khác dễ dàng mà không cần hiện thực thêm Hơn nữa việc hiện thực định tuyến ở lớp hai còn có thể can thiệp được các thông số của mạng không dây (điều này khá quan trọng trong việc quản lý mạng không dây) Tuy nhiên, việc hiện thực định tuyến ở lớp hai sẽ khó khăn và phức tạp hơn do phải thực hiện trên nền địa chỉ vật lý và không có phân cấp địa chỉ IP như lớp ba Ta sẽ tiến hành thiết kế một giao thức định tuyến proactive ở lớp hai của mô hình OSI cho WMN

Giải thuật XL (Approximate Link-state) [12] được trình bày ở hội nghị SIGCOMM’08 (8/2008) bởi Kirill Levchenko ở khoa khoa học máy tính, đại học California, San Diago Đây là giải thuật định tuyến thuộc họ giải thuật định tuyến link-state Giải thuật giúp tăng hiệu quả định tuyến bằng cách giới hạn số lượng cập nhật thông qua việc flooding có lựa chọn Thông qua các kết quả mô phỏng, tác giả

đã cho thấy rằng XL tốt hơn những giải thuật định tuyến thuộc họ định tuyến state hiện tại về thời gian đáp ứng cũng như tổng chi phí định tuyến Tuy nhiên việc

link-mô phỏng chỉ mới thực hiện ở mức các đối tượng nút trao đổi thông điệp với nhau

Luận văn sẽ thiết kế và mô phỏng một giao thức định tuyến proactive hữu hiệu ở lớp hai của mô hình OSI dựa trên ý tưởng của giải thuật định tuyến XL gọi là giao thức định tuyến DLL-XL Giao thức định tuyến proactive này phải phù hợp với các tính chất đặc trưng của mạng không dây và đảm bảo

• Cung cấp ngay thông tin đúng về đường đi tối ưu khi có yêu cầu (proactive)

• Số lượng thông điệp cũng như kích thước thông điệp dùng để định tuyến là thấp nhất có thể

• Thiết kế giao thức ở lớp hai của mô hình OSI

Chương 2: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

Các công trình liên quan đến luận văn chủ yếu là các công trình liên quan đến 802.11s, một đề xuất chuẩn giao tiếp chung dành cho WMN ở lớp hai của mô hình OSI Phần 1 sẽ giới thiệu sơ lược về 802.11s Phần 2 và phần 3 sẽ giới thiệu về hai

dự án rất lớn sử dụng 802.11s, đó là dự án OPLC và dự án open80211s

2.1 Draft IEEE 802.11s

Draft 802.11s [11] là bản phác thảo của một nhóm nghiên cứu thuộc tổ chức IEEE thành lập từ tháng 9 năm 2003 nhằm thiết kế một chuẩn giao tiếp chung cho WMN Đến ngày luận văn này được thực hiện thì bản phác thảo có phiên bản Draft 2.0 và vẫn chưa được IEEE thông qua do chưa đủ số phiếu yêu cầu Tuy vẫn chưa thành chuẩn IEEE nhưng bản phác thảo này đã đề ra khá chi tiết về việc kết nối và giao tiếp cho WMN

WMN được mô tả trong draft 802.11s gồm có các thành phần sau

• Mesh Point (MP): bất kỳ thiết bị nào của chuẩn 802.11 có lớp MAC và lớp giao tiếp vật lý trong WMN và hỗ trợ các dịch vụ của WMN

• Mesh Access Point (MAP): bất kỳ một Mesh Point nào mà nó cũng chính là một Access Point theo chuẩn 802.11s

• Station (STA): các máy trạm có thiết bị giao tiếp theo chuẩn 802.11s

• Mesh Link: một kết nối hai chiều theo chuẩn 802.11 giữa hai Mesh Point

• Mesh Path: một tập hợp các Mesh Link kết nối từ Mesh Point nguồn đến Mesh Point đích

• Link Metric: một tiêu chuẩn dùng để đánh giá hiệu suất và chất lượng của một Mesh Link trong một Mesh Path

• Mesh Service: tập hợp các dịch vụ được cung cấp bởi WMN nhằm hỗ trợ điều khiển, quản lý và thao tác trong WMN

Hình 2.1 chỉ cho ta thấy rõ các thành phần và tương tác giữa các thành phần trong WMN theo draft 802.11s

• Khối chức năng định tuyến, chuyển tiếp gói: Chứa chức năng phát hiện node

lân cận và chức năng thu thập các tham số đo trạng thái đường liên kết vô tuyến sử dụng cho định tuyến Các giao thức định tuyến sử dụng địa chỉ MAC làm địa chỉ nhận dạng cũng như cho chức năng chuyển tiếp gói Để sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên vô tuyến, giao thức định tuyến sử dụng các tham số vô tuyến và các kênh đa tần số phù hợp với các điều kiện vô tuyến

để định tuyến

• Khối đo lường và tính toán: Chứa chức năng tính toán các tham số vô tuyến

được sử dụng trong giao thức định tuyến và chức năng đo lường các điều kiện vô tuyến để lựa chọn kênh tần số

• Khối điều phối truy nhập phương tiện: Bao gồm các chức năng chống suy

giảm hiệu năng do các hiện tượng che dấu thông tin nút, các chức năng thực hiện điều khiển ưu tiên, điều khiển tắc nghẽn, điều khiển quản lý và chức năng kích hoạt sử dụng lại tần số

• Khối bảo mật: Chứa các chức năng bảo mật để bảo vệ các khung dữ liệu

mang trên mạng và các khung quản lý được sử dụng bởi các chức năng quản

lý như giao thức định tuyến Các phương pháp an ninh cho WLAN được định nghĩa trong chuẩn 802.11i

MP wired infrastructure

mesh radio link radio link

• Khối liên mạng: IEEE 802.11 là một phần trong cấu trúc IEEE 802 vì thế

WMN thực hiện kết nối với các mạng khác (ví dụ: 802.3) thông qua chức năng cầu nối nằm tại MPP

• Khối chức năng quản lý và cấu hình: Khối này gồm một giao diện WMN

được sử dụng để tự động thiết lập các tham số tần số vô tuyến MP với mục đích quản lý chính sách chất lượng dịch vụ

Hình 2.2: Kiến trúc các khối chức năng của 802.11s

Mục tiêu của draft 802.11s là nhằm kết nối những nút của WMN với nhau thành một mạng không dây phân bố không cần quản lý tập trung và có thể tự cấu hình nhằm đạt được các mục tiêu sau

• Tăng phạm vi phủ sóng và tính mềm dẻo của mạng (so với việc dùng access point)

• Tăng độ tin tưởng của mạng (mạng vẫn hoạt động tốt kể cả khi có một số nút không hoạt động)

• Đảm bảo tính bảo mật (tích hợp vào 802.11i)

• Đảm bảo truyền nhận đa phương tiện giữa các thiết bị

• Tối thiểu năng lượng sử dụng của mạng

• Tương thích được với các chuẩn trước đó

• Đảm bảo chính xác giao tiếp giữa các nút mạng

• Có khả năng tăng tải của mạng

Hiện nhóm phát triển draft 802.11s (802.11 TGs) đã đưa ra bản phác thảo draft2.0 vào tháng 9 năm 2008 Tuy vẫn chưa được thông qua nhưng draft 802.11s đã được hiện thực trong một số dự án lớn như dự án OLPC và dự án open80211s vì tính tiện lợi cũng như các tiềm năng mà WMN có thể mang lại

Lớp vật lý (IEEE 802.11 a/b/g/n) Lớp MAC thấp (IEEE 802.11 e/n)

Định tuyến

và chuyển tiếp gói

Đo lường

và tính toán mạng

Điều phối truy nhập phương tiện

Bảo mật Kết nối liên mạng Quản lý và cấu hình WMN

2.2 Dự án OLPC

Dự án mỗi trẻ em một máy tính (OLPC) [15] là một dự án phi lợi nhuận nhằm mục đích tạo cơ hội học tập cho các trẻ em nghèo trên thế giới bằng cách cung cấp cho mỗi em một máy tính rẻ, bền và tiết kiệm điện cùng với các phần mềm mở cho phép

tự học Khi nhận được các máy tính này, các trẻ em nghèo sẽ có nhiều cơ hội hơn trong học tập; được học, được chia sẻ và được kết nối với nhau cũng như kết nối với thế giới

Dự án OLPC được hỗ trợ tài chính và kỹ thuật từ những công ty hàng đầu trong lĩnh vực máy tính như AMD, Intel, Brightstar Corporation, eBay, Google, Microsoft, Marvell, News Corporation, SES, Nortel Networks và Red Hat Giá hiện tại một máy tính xách tay XO của dự án là khoảng 175 USD Nhưng các nhà sản xuất máy tính XO hy vọng có thể giảm giá chỉ còn 75 USD cho các thế hệ máy tính XO tiếp theo Máy được cài đặt cả Windows lẫn Linux và chạy tốt trên cả hai hệ điều hành này Cho đến tháng 5 năm 2009, dự án đã nhận được đơn đặt hàng cho khoảng

1374500 máy tính XO Chi tiết về dự án có thể tìm thấy ở trang web của dự án (http://laptop.org)

Dự án OLPC là dự án đầu tiên hiện thực giao tiếp cho WMN sử dụng thiết kế của draft 802.11s trên máy tính XO Tuy vậy hiện thực dự án có một số điểm khác so với draft 802.11s dành cho WMN như:

Việc định tuyến giữa các máy XO trong WMN dựa trên giải thuật HWMP mà draft 802.11s đã đưa ra Các máy sẽ kết nối với nhau thành một WMN khi dùng chung tần số và giao tiếp không theo chuẩn Việc định tuyến chỉ được thực hiện khi có yêu cầu tìm đường đi giữa các máy Định tuyến trong OLPC được hiện thực ở lớp hai của mô hình OSI và dùng địa chỉ MAC thay thế địa chỉ IP để có thể can thiệp được các thông số của mạng không dây (điều này khá quan trọng trong việc quản lý mạng không dây)

2.3 Dự án open80211s

Dự án open80211s [21] là một dự án được hình thành dưới sự liên kết của nhiều tổ chức và công ty lớn nhằm hiện thực draft 802.11s dưới hình thức mã nguồn mở Phần hiện thực của dự án open80211s được tiến hành trên hệ điều hành mở Linux với các thiết bị không dây được hỗ trợ Các dòng chipset được hỗ trợ gồm có Atheros, Broadcom, Marvell, Intersil's Prism54 và Ralink Phần hiện thực của dự án thực hiện theo chuẩn 802.11s sử dụng định tuyến lai HWMP ở lớp hai dùng metric

là airtime Chi tiết về dự án có thể tìm thấy tại trang web của dự án (http://www.open80211s.org)

Mục tiêu của dự án open80211s là hiện thực draft 802.11s và đưa phần mềm này đến người dùng một cách rộng rãi để cuối cùng có thể kết nối các thiết bị không dây dùng hệ điều hành Linux thành một mạng rất lớn

Từ 4/3/2008 dự án đã hiện thực được việc kết nối các máy với nhau theo draft 802.11s trên một số thiết bị không dây sử dụng chip Atheros, Broadcom và Marvell Phần định tuyến của dự án open80211s được thực hiện ở lớp dữ liệu của mô hình OSI và sử dụng giải thuật HWMP như draft 802.11s đã đưa ra Các hỗ trợ mới nhất (trong phiên bản mới nhất 0.2.1) gồm quản lý kết nối, quản lý gửi tràn, định tuyến HWMP sử dụng airtime metric, đáp ứng tần số cho nút kề, dò tìm WMN, làm sạch card mạng dùng cho beaconing và chuyển tiếp gói

đó là việc sử dụng ý tưởng của giải thuật định tuyến XL vào giao thức định tuyến của luận văn

3.1 Một số giải thuật định tuyến tiêu biểu

Việc định tuyến cho WMN có hai hướng chính tùy vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể

và số lượng nút Người ta chia định tuyến thành hai loại chính là định tuyến reactive

và định tuyến proactive Định tuyến reactive chỉ tìm đường đi khi có yêu cầu bằng cách flooding các gói yêu cầu định tuyến trong mạng Trong khi đó, định tuyến proactive sẽ tính toán và giữ đường đi tối ưu đủ mới bằng cách định kỳ gửi thông tin cập nhật trong mạng

Giải thuật định tuyến reactive tiêu biểu là giải thuật AODV được trình bày trong tài liệu RFC 3561 [17] Còn giải thuật định tuyến proactive tiêu biểu là giải thuật OLSR trình bày trong tài liệu RFC 3626 [3]

3.1.1 Giải thuật AODV

Giải thuật định tuyến AODV thuộc loại giải thuật định tuyến reactive Giải thuật định tuyến AODV cho phép tìm đường tự động giữa nhiều nút trong WMN Giải thuật định tuyến AODV cho phép tìm đường nhanh chóng trong mạng có nhiều biến động và không giữ đường đi không còn sử dụng để giảm chi phí định tuyến trên toàn mạng

Giải thuật sử dụng các thông điệp Route Request (RREQ), Route Reply (RREP) và Route Error (RERR) để thực hiện định tuyến Khi một nút cần thiết lập đường đi đến một nút đích nó sẽ flooding thông điệp RREQ trong mạng đến các nút kề Nút

kề này sau khi nhận được gói tin yêu cầu định tuyến RREQ sẽ chuyển tiếp gói yêu cầu đến các nút lân cận khác Khi nút đích (hoặc nút trung gian có giữ đường đi đến đích) nhận được yêu cầu sẽ sinh ra thông điệp RREP trả lời yêu cầu và gửi ngược

về cho nút có yêu cầu Số lượng nút tối đa mà thông điệp RREQ có thể đi qua được quy định bởi trường TTL trong thông điệp

Mỗi nút cũng sẽ quản lý trạng thái của nút kế tiếp trong một đường đi tích cực Khi một nút phát hiện nút kế tiếp không hoạt động sẽ gửi thông điệp RERR cho các nút thuộc danh sách các nút trước nó có sử dụng nó làm đường đi Danh sách các nút này được thu thập trong quá trình sinh và gửi thông điệp RREP

Giải thuật sử dụng một bảng đường đi để quản lý thông tin về các đường đi tích cực

và dùng phương pháp đánh số thứ tự thông điệp để phân biệt độ mới của thông điệp (đảm bảo không gửi vòng thông điệp cũ)

Các hình 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 thể hiện quá trình tạo đường đi từ S đến D gồm có: gửi RREQ, tạo đường đi ngược về đích cũng như gửi RERR khi kết nối của một nút nào

Hình 3.4: Khi kết nối thay đổi (http://wiki.uni.lu/secan-lab/graphics/aodv06.gif) Giải thuật AODV được dùng trong mạng không dây từ vài chục nút đến hàng ngàn nút trong đó số lượng yêu cầu tính toán đường đi giữa các nút không nhiều và đường đi không bắt buộc phải là đường đi tối ưu Mỗi nút phải tin tưởng các nút khác trong mạng, không có quản lý tập trung và chỉ tính đường đi khi có yêu cầu nhằm nâng cao hiệu suất, giảm lượng thông điệp điều khiển trong mạng

3.1.2 Giải thuật OLSR

Giải thuật OLSR [3] là giải thuật định tuyến thuộc loại giải thuật định tuyến proactive có tối ưu dùng trong mạng không dây ad-hoc Giải thuật OLSR cung cấp kết quả định tuyến ngay khi có yêu cầu dựa vào tính chủ động của việc tính toán định tuyến

Mỗi nút sẽ chọn một tập nút xung quanh nó làm các nút MPR (phải đảm bảo kết nối này là đối xứng) Giải thuật OLSR chỉ sử dụng các nút MPR để flooding thông điệp định tuyến nhằm giảm lượng thông điệp định tuyến trong mạng Các nút MPR sẽ thông báo cho các nút khác trong mạng rằng nó có thể đi đến những nút đã chọn nó làm MPR

Hơn nữa giải thuật OLSR chỉ cần flooding một phần thông tin kết nối trong mạng là

có thể tính được đường đi ngắn nhất nên giúp giảm dung lượng thông điệp điều khiển Phần thông điệp được flooding này chính là chi phí kết nối từ MPR đến các nút đã bầu nó làm MPR

Hình 3.5: Multi-point relays (http://wiki.uni.lu/secan-lab/graphics/olsr02.gif)

Trong hình 3.5, những nút MPR có màu xanh nhạt ở hình bên phải Theo hình 3.5 ta thấy từ nút trung tâm để gửi thông điệp cho tất cả các nút còn lại ta chỉ cần gửi thông điệp thông qua các MPR mà thôi Do đó lượng kết nối và thông điệp điều khiển được giảm đi rất nhiều khi sử dụng MPR

Giải thuật OLSR được thiết kế hoàn toàn phân bố, không cần nút điều khiển trung tâm và cũng không cần đảm bảo thông tin được trao đổi một cách tin cậy, do đó thích hợp với mạng không dây hay bị mất dữ liệu do mất tín hiệu

Cũng như các giải thuật định tuyến khác, OLSR dùng phương pháp đánh số thứ tự

để phân biệt độ mới của thông điệp và cũng có dành phần mở rộng cho việc phát triển thêm các tính năng khác mà không phải chỉnh sửa lại giao thức

Giải thuật OLSR chủ động thực hiện tính toán định tuyến nên thích hợp cho mạng lớn và phân bố dày đặc Mạng càng dày đặc thì giải thuật OLSR chạy càng tốt so với các giải thuật khác Giải thuật OLSR cũng thích hợp cho các mạng thường xuyên trao đổi thông tin ngẫu nhiên giữa các tập nút lớn hay mạng có đường đi thay đổi theo thời gian

3.2 Kỹ thuật flooding trong định tuyến proactive

Đối với những mạng nhỏ thì việc định tuyến được thực hiện tĩnh, mỗi nút sẽ có một bảng định tuyến được cấu hình tĩnh

Tuy nhiên với các mạng lớn và có nhiều biến động thì việc thực hiện định tuyến tĩnh là không khả thi Định tuyến cần được thực hiện động tùy vào hiện trạng mạng lúc đó Để thực hiện được điều này thì mỗi nút cần phải biết được những thông tin

về hiện trạng của mạng lúc đó Người ta dùng kỹ thuật flooding để thực hiện điều này Khi một nút nhận biết được một sự thay đổi cần cập nhật thì nó sẽ gửi thông tin này cho tất cả các nút khác trong mạng như ở hình 3.6 Nhờ vậy mỗi nút đều có thông tin về hiện trạng của toàn mạng và có thể thực hiện việc định tuyến chính xác

Hình 3.7: Sự dư thừa trong flooding

Để khắc phục những hạn chế của flooding người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau Các phương pháp này đều nhằm vào việc hạn chế flooding, thực hiện việc gửi có giới hạn Các phương pháp này chính là xương sống quyết định tính

hiệu quả cho các giải thuật định tuyến Một số phương pháp chủ yếu dùng để khắc phục những hạn chế của flooding gồm có

• Phân cấp nhân tạo

Ý tưởng phân cấp nhân tạo là chia mạng lớn thành các vùng nhỏ Mỗi vùng có bao đóng và việc flooding chỉ thực hiện trong từng vùng mà không truyền ra bên ngoài vùng này Việc định tuyến giữa các vùng được thực hiện bởi các nút biên

Ý tưởng này được thực hiện trong giao thức định tuyến OSPF (Open Shortest Path First) trình bày trong RFC 3228 (IPv4) [13] và RFC 5340 (IPv6) [4]

Hình 3.8 trình bày một phân cấp nhân tạo với 3 vùng A, B, C và các nút biên ab, bc Các flooding chỉ thực hiện trong từng vùng

Hình 3.8: Giới hạn flooding bằng phân cấp nhân tạo Việc phân cấp nhân tạo sẽ khó khăn trong việc mở rộng mạng Hơn nữa đường đi chỉ tối ưu trong từng vùng, đường đi giữa các vùng khác nhau thông qua nút biên không phải là đường đi tối ưu

• Giới hạn bán kính truyền

Ý tưởng giới hạn bán kính truyền là chỉ thực hiện flooding với một bán kính xác định (bán kính này có đơn vị là số nút tối đa mà flooding được đi qua tính từ nút khởi động flooding) Việc giới hạn bán kính truyền được thực hiện bằng cách khởi động giá trị TTL trong gói tin bằng với bán kính truyền cần giới hạn

Ý tưởng giới hạn bán kính truyền được thực hiện trong các giao thức định tuyến như là định tuyến OLSR [3] và định tuyến Fish-Eye [20]

Hình 3.9 trình bày một ví dụ giới hạn bán kính flooding tại nút 11 lần lượt bằng 1, 2

• Ý tưởng của giải thuật XL (Trình bày ở mục 3 phần III)

Ý tưởng của giải thuật XL là thực hiện việc giới hạn flooding tự động bằng các luật truyền cập nhật nhưng vẫn đảm bảo tính đúng đắn, tính đầy đủ và bao đóng của việc định tuyến Chi tiết của giải thuật XL xin xem ở phần 3 ngay sau đây

3.3 Giải thuật XL

3.3.1 Giới thiệu giải thuật XL

Giải thuật XL (Approximate Link-State Routing Algorithm) [12] được trình bày ở hội nghị SIGCOMM’08 (8/2008) Đây là một giải thuật định tuyến proactive thuộc

họ giải thuật định tuyến link-state nhằm tăng hiệu quả định tuyến bằng cách giới hạn số lượng cập nhật thông qua việc flooding có lựa chọn

Điểm nổi bật của giải thuật định tuyến XL so với các giải thuật định tuyến khác là

nó có khả năng thực hiện định tuyến xấp xỉ bằng cách sử dụng thông số xấp xỉ ε Giải thuật định tuyến XL có thông số xấp xỉ ε nghĩa là tất cả các đường đi xấp xỉ tìm được có chi phí nhỏ hơn hoặc bằng (1 + ε) lần đường đi tối ưu Giải thuật định tuyến XL thực hiện với thông xấp xỉ ε càng lớn thì chi phí định tuyến (tính bằng tổng số lượng thông điệp dùng để định tuyến) càng nhỏ và thời gian đáp ứng định

tuyến càng nhanh Giải thuật định tuyến XL thực hiện với thông xấp xỉ ε = 0.0 sẽ

có kết quả định tuyến tối ưu giống như các giải thuật định tuyến khác

Thông qua mô phỏng tác giả đã cho thấy rằng giải thuật định tuyến XL tốt hơn những giải thuật định tuyến thuộc họ giải thuật định tuyến link-state hiện tại về thời gian đáp ứng cũng như tổng chi phí định tuyến (tính bằng tổng số lượng thông điệp dùng để định tuyến)

3.3.2 Ý tưởng của giải thuật XL

Phần chính của giải thuật XL là ba luật cơ bản để truyền cập nhật trong mạng, gồm

• S1: Khi chi phí kết nối tăng lên

Khi một kết nối có chi phí tăng thì nó sẽ gây ra sự tăng chi phí của mọi đường đi chứa nó Để đảm bảo cho mọi đường đi tối ưu ta sẽ gửi cập nhật này cho tất cả các nút còn lại Luật S1 có thể dư thừa nhưng sẽ đảm bảo rằng các chi phí nhận được là hữu hạn do đó đường đi tính được sẽ không bị lặp vòng Trong hình 3.10, nếu liên kết 1-2 bị đứt, chi phí 1-2 tăng lên ∞ thì nút 1 sẽ phải gửi cập nhật này cho tất cả cả các nút còn lại Nhờ đó mà các nút còn lại sẽ cập nhật đường đi mới đến 2 là ∞

• S2: Khi kết nối được dùng trong cây đường đi ngắn nhất của nút thì phải

truyền cho nút kề trong cây đường đi đó

Luật S2 đảm bảo rằng cây đường đi được truyền theo đường đi ngắn nhất, chi phí được tính giảm dần theo cây đường đi Hình 3.10 là cây đường đi ngắn nhất của nút

0, theo luật S2 thì nút 3 (là nút kề của nút 0 trong cây đường đi ngắn nhất) và nút 0 phải có cùng thông tin về các liên kết có in đậm để đảm bảo đường đi của nút 3 khi tính ra được cũng là đường đi ngắn nhất

Kết hợp hai luật S1 và S2 lại sẽ đảm bảo tính đúng đắn của giải thuật Mọi đường đi tính được đều hữu hạn và không xảy ra tình trạng lặp vòng

Hình 3.10: Mô tả luật S1 và S2

• C1: Khi cập nhật làm cho chi phí đến một đích bất kỳ giảm hơn (1+ε) lần,

Giải thuật có thông số đầu vào ε sẽ có bao đóng về chi phí đường đi là (1 + ε) Nghĩa là sau khi mạng tĩnh thì chi phí đường đi tìm thấy bởi giải thuật không vượt quá (1 + ε) lần chi phí đường đi tối ưu với mọi đường đi tìm được

Luật C1 đảm bảo rằng tất cả các nút có thể đi tới đều có đường đi và đảm bảo bao đóng về chi phí đường đi (luôn nhỏ hơn hay bằng (1+ε) lần đường đi tốt nhất)

Hình 3.11 mô tả cây đường đi ngắn nhất của nút 0 Giả sử chi phí cạnh 5-6 thay đổi

và làm cho chi phí đường đi 0-3-5-6-7 tại nút 0 thay đổi và có giá trị mới là

) 7 6

Hình 3.11: Mô tả luật C1

Ta sẽ xem cách sử dụng 3 luật này trong ví dụ đơn giản ở hình 3.12 sau với ε = 0,5 Chi phí sử dụng là hop-count (có kết nối thì chi phí là 0 còn không có kết nối thì chi phí là ∞)

Ban đầu đường đi đến D của nút A là ABCD (chi phí = 3); của nút B là BCD (chi phí = 2); của nút C là CD (chi phí = 1)

Giả sử đường đi từ C đến D bị đứt, lúc đó chi phí CD = ∞ tăng lên, theo luật S1 (∞

> 1) thì CD = ∞ được truyền cho mọi nút, đường đi đến D được cập nhật lại là ABCED (chi phí = 4), BCED (chi phí = 3), CED (chi phí = 2)

Bây giờ đường đi từ C đến D được nối lại, chi phí CD = 1 Đường đi cập nhật lại cho CD (chi phí = 1) Lúc này theo luật C1 thì 2/1 > 1.5 nên C truyền cập nhật này cho B, B tính được đường đi mới là BCD (chi phí = 2) Tiếp tục xét điều kiện truyền tại B, theo luật C1 vì 3/2 = 1.5 nên B không truyền cập nhật này cho A, đường đi từ A đến D vẫn giữ nguyên là ABCED (chi phí = 4)

Hình 3.12: Ví dụ áp dụng các luật của giải thuật XL Tác giả cũng chứng minh hình thức rằng ba luật trên đảm bảo tính đúng đắn, tính đầy đủ và bao đóng để thực hiện định tuyến Phần chứng minh hình thức xem ở phần 3.3 ngay sau đây Cho đến ngày luận văn được thực hiện, vẫn chưa có một giao thức định tuyến nào hiện thực định tuyến dựa theo giải thuật XL Tác giả giải thuật chỉ mới thực hiện việc mô phỏng giải thuật ở mức các đối tượng nút trao đổi

thông điệp với nhau và tính toán bảng định tuyến Kết quả mô phỏng của tác giả rất khả quan, lượng cập nhật giảm gần 10 lần so với các giải thuật định tuyến thuộc họ định tuyến link-state cơ bản trong khi thời gian đáp ứng đường đi mới vẫn tương đương Hình 3.13 so sánh thời gian đáp ứng và lượng thông điệp định tuyến khi dùng giải thuật định tuyến XL so với các giải thuật định tuyến khác thông qua mô phỏng

Hình 3.13: Kết quả mô phỏng giải thuật XL (http://www.universityofcalifornia.edu)

3.3.3 Chứng minh các tính chất của giải thuật XL

Các nút trong mạng sau khi chạy giải thuật XL đến khi mạng tĩnh ở một thời điểm nào đó sẽ đảm bảo các tính chất sau

• Tính đúng đắn: giải thuật đúng đắn khi với mọi nút u và v mà

NONE v

f u( ) ≠ thì tồn tại đường đi φ( v u, )

• Tính đầy đủ: giải thuật đầy đủ khi với mọi nút u và v mà có đường đi ngắn

nhất π( v u, ) tồn tại thì giá trị f u(v) ≠ NONE

• Tính bao đóng: giải thuật bao đóng với thông số xấp xỉ ε khi với mọi nút u

và v thì chi phí đường đi giữa u và v tìm được bởi giải thuật không vượt quá

(1 + ε ) lần chi phí đường đi tối ưu giữa u và v

3.3.3.1 Các ký hiệu dùng trong chứng minh các tính chất của giải thuật XL

Hình 3.14: Một ví dụ về mô hình mạng Các ký hiệu sử dụng trong chứng minh các tính chất của giải thuật XL gồm có:

• Biểu diễn mạng bởi đồ thị G = (V, E, e) trong đó V là tập đỉnh, E là tập cạnh

và e là hàm chi phí của các cạnh trong đồ thị

• n = |V| là số đỉnh, m = |E| là số cạnh trong đồ thị G = (V, E, e)

• φ( v u, ) là đường đi từ u đến v tìm ra bởi giải thuật, chi phí của đường đi này

là ||φ( v u, )|| Trong ví dụ ở hình 3.14 giả sử đường đi từ D đến A tìm được bởi giải thuật là DCA thì φ(D,A) =DCA và ||φ(D,A) || = 9

• f u là bảng định tuyến ánh xạ mỗi thành phần tương ứng với nút w một giá trị

• εu (w) là thông số của giải thuật, chỉ độ sai số tối đa giữa đường đi tìm được

so với đường đi ngắn nhất từ u đến w Trong ví dụ ở hình 3.14 nếu ε = 0 5thì φ(D,A)=DCA là chấp nhận được vì ||φ(D,A)||/δ(D,A) = 9/8 < (1 + 0.5)

• e(x,y) là chi phí của cạnh (x,y) trong đồ thị E

• D u (w) là chặn dưới của chi phí đường đi tối ưu từ u đến w Trong giải thuật

thì chỉ cần chọn 0 ≤D u(w) ≤δ(u,w) là được Tuy nhiên nếu giá trị D u (w)càng nhỏ thì càng có nhiều cạnh vi phạm luật C1 nên thời gian và số lượng truyền cập nhật tăng lên Giá trị D u (w) càng tiến đến gần δ( w u, ) thì mạng hội tụ càng mau Ta sử dụng thông số D u (w) thay cho δ( v u, )để tránh phải tính cây đường đi ngắn nhất mà sẽ ước lượng đường đi ngắn nhất bằng các phương pháp xấp xỉ, giảm tổng thời gian chạy của giải thuật

• Bởi vì một số cập nhật được truyền đi trong khi một số cập nhật bị ngăn lại nên các nút sẽ không có cùng cái nhìn về mạng Do vậy ta gói những thông tin chi phí kết nối mà mỗi nút biết về mạng trong một khung nhìn (view) Mỗi nút sẽ có một khung nhìn nội tại (internal view) ký hiệu T u là những thông tin chi phí kết nối mà nó biết được về mạng Đồng thời với mỗi nút kề

v của u sẽ có một khung nhìn bên ngoài (external view) tương ứng ký hiệu

uv

T là thông tin chi phí kết nối mà nó muốn chia sẻ với nút v Hình 3.15 thể

hiện khung nhìn bên trong và bên ngoài của một cặp nút u và v

Hình 3.15: Khung nhìn bên trong và bên ngoài của một cặp nút

Ý tưởng của giải thuật là chỉ truyền thông tin chi phí kết nối cho các nút kề chỉ khi chi phí này thuộc một trong ba điều kiện sau