Nghiên cứu bài toán định tuyến trong mạng adhoc đề tài nckh qc 06 17

Trong m ạng này, hai trạm m uốn kết nối có thể nằm ngoài vùng phù sóng của nhau và việc truyền tin phải thông qua các trạm trung gian nhớ giao thức định tuyến.. - Định tuyến đa luồng Mu

M ự c LỤC

T r a n g

G IẢI THÍCH CÁC T Ừ VIẾT T Á T 2

D ANH SÁC H N HỮ N G N G Ư Ờ I THAM GIA TH Ự C H IỆ N 4

D ANH MỤC B ÀN G SỐ L IỆ U 5

D ANH MỤC HÌNH V Ẽ 6

TÓ M TÁ Ť N H Ữ N G KẾT Q U Ả CHÍNH C ỦA ĐỀ T À I 7

Đ Ạ T VÄ N Đ Ê 9

PHÂN 1: TÓ NG Q U AN VÉ M ẠNG A D H O C 11

1.1 G iớ i thiệu c h u n g 11

2.2 C huẩn 802.11 trong mạng A dhoc [ 1 ] 13

1.3 V ấn đề định tuyến trong mạng Adhoc [1 3 ][1 4 ] 23

1.3.2 A O D V [1 5 ][1 6 ] 29

1.3.3 DSR [1 5 ][1 6 ] 31

PHẢN 2: C À I THIỆN L Ư U L Ư Ợ N G TRONG M ẠNG A D H O C 35

2.1 Đ ề x u ấ t * ' 35

2.2 Lưu thông trong m ạng W ireless M ultihop A d -hoc tại nút relay [9] 36

2.2 G iải pháp tố c độ cân bằng để cải thiện lưu lư ợ n g bão hoà 39

2 2 1 C ân bảng tốc đ ộ [ 9 ] 39

2.2.2 Đ iể u khiển đ áp im g CTS tro n g 802.11 R TS/CTS [ 9 ] [ 1 2 ] 40

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

2.3 ỉ Topo m ạng m ộ t trạm tru n g g ia n [ 4 ] 42

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

2.4 Kết lu ậ n 45

PHÂN 3: K H Á O S Á T BÀI TO ÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG A D H O C •• 4 6 3.1 Mô hình mô p hỏ ng [3 ][4][6] 46

3.1 ỉ M ô hình lư u lư ợ n g và d i đ ộ n g [3 ][4 ][6 ] 46

ỉ 1.2 C ác thông số h iệu n ă n g 47

3.2 T h ự c hiện mô p h ỏ n g 47

3.2.1 Tạo các mô hình d i động và ỉuru lư ợ n g 47

3.2.2 Code mô p h ỏ r ìg [3 ][4 ][6 ] 48

3.2.3 P hán tích c ác f i l e trace mỏ p hỏ ng [ 3 ][4 'J[6J 48

3.2.4 Đ á n h g iả tỷ lệ p h â n p h ố i g ó i ( p d f) : 49

3.2.5 Đ á n h g iá th ờ i g ia n tru ng bình đầu cu ối - đâu c u ố i[ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] 52

3.2.6 Đ á n h g iá thô n g tin tà i đ ịnh tuyến 53

3.2.7 A n h hưởng của tính d i đ ộng và của node n gu ôn 54

KẾT LU À N VÀ KIẾN N G H Ị 58

TÀI 니ÇÜ TH AM K H Ả O •• 59

PHỤ L Ụ C 60

PHIẾU Đ ẢN G KÝ KẾT QUẢ NGHIÊN cứu K H -C N 109

NAM Network Animator

C h ủ n hiệm đ ề tà i: ThS Phạm Thị Hồng

C ác c ản bộ p h ố i h ợ p th ự c hiện:

S ố T T H ọ và tên Đ ơ n v ị có n g tác

Báng 1.1: Dặc trưng cũa các chuấn 802.1 ] 1 4

Bảng 1.2 Bàng định tuvến MH4 28

Bảng 1.3 Bàng định tuyến MH4 sau khi MH1 di chuyển 29

Bảng 2.1 Các thông số cần cài đặt cho m ô phòng 4 1

Bảng 3.1: PDF của các giao thức định tuyến tương ứng với giá trị pause time 51

Báng 3.2: Thời gian trề trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối tương ứng với cấc

eiao thức định tuyến 52

Hinh 1.1: MANET trong kiến ĩrúc hệ thống 4G 1 1

Hình 1.2: Minh họa m ạng mobile adhoc network 1 2

Hỉnh 1.3: 802.11 theo kiến trúc phân tầng 1 3

Hình 1.3: Vấn đề trạm ần 1 5

Hình 1.4: Chức năng cùa PCF và DCF 1 6

Hình 1.5: Thủ tục RTS/CTS đề khắc phục hiện tượng trạm ẩn 1 8

Hình 1• ᄀ -. Cửa sọ tranh chấp 1 9

Hiah 1.8: Lưu đồ của thù tục 20

Hình 1.9: Thuật toán quay lui trong DC F 2 1 Hình 1.10: Chu k ỳ luan phiên giữa PCF và DCF 1 1 22

H ình 1.11: 丁hủ tụ c tru y ề n khung g iữa PC và Station tro n g chê đ ộ P C F 23

Hình 1.12: Các loại giao thức định tuyến trong m ạng Adhoc 25

Hình 1.13 Di động trong m ạng Ad-hoc 28

Hình 1.14 Khám phá tuyến trong AODV 30

Hình 1.15 Tạo tuyến trong DSR 33

Hình 2.1 : Nhiều người dùng truyên dữ liệu qua node relay 37

Hình 2.2: Mạng chuỗi đa nguồn 37

Hình 2.3 Lưu lượng trong m ạng chu이 38

Hình 2.4 Lưu lượng theo tải tốc độ m ong m uốn, với số hop là 8 38

Hỉnh 2.5 Thù tục truyền CTS, áp dụng điều kiện cân bằng 4 1 Hình 2.6 Topo m ạng một trạn trung gian, M=1.-NAM 42

Hình 2.7 a- Lưu lượne và b- Trê trung bình trong topo một trạm trung gian 43

Hình 2.8 Mạng chuồi- qua NAM 44

Hình 2.9 a- Lưu lượng và b- Trê trung bình trong m ạng chuôi 45

Hinh 3.1 : Kết quả chạy file NAM 50

Hình 3.2: So sánh tỳ lệ phân phối gói của các giao thực định tuyên 50

Hlnh 3.3: So sánh độ trễ trung binh đầu cuối - đầu cuối 53

Hình 3.4: S o sánh tỳ lệ tải định tuyến 1 54

Hình 3.5: So sánh tỷ lệ phân phối gói và tỷ lệ tải tiêu đề với sô node nguôn thay đổi 1 56

Hình 3.6: Trê trung binh end to end với số node nguồn thay đổi 57

a./ Kết quả 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.

- Xây dựng được hệ thống tài liệu về đào tạo và nghiên cứu về các hệ thống

Viễn thông

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

m ạng Adhoc dựa trên phẩn m ềm NS-2.

- 02 báo cáo tại hội nghị Vô tuyến Điện tử toàn quốc năm 2006

b / K ế t quả ứng dụng:

- Lập cấu hình m ạng Adhoc sử dụng trong m ô phỏng.

- Tìm hiểu ứng dụng và cách thức sử dụng phần m ềm NS-2 trên hệ điều hành

Linux.

c./ Kết quả đào tạo:

- 01 báo cáo khoa học trong Hội nghị khoa học sinh viên của trường.

- 03 luận văn đại học.

d./ Kết quả nâng cao tiềm lực khoa học

- X â y dựng lý thuyết m ô phòng mạng truyền thông phụ c vụ cho dào tạo và nghiên cứu khoa học

- Góp phần xây dựng hạ tầng viễn thông phục vụ trực tiếp cho đào tạo sinh

viên luận án, học viên cao học và sinh viên làm nghiên cứu khoa học

- Nâng cao trinh độ chuyên m ôn cho cán bộ trong bộ m ôn, tạo cơ sở cho

sinh viên được áp dụng kiến thức lý thuyết đã học vào thực tiễn.

e./ Tinh hình sử dụng kinh phí: Tồng 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

M Ộ I m ạng ad-hoc là tập hợp những trạm mobile hoạt động với nhau, không

đòi hỏi một trạm điều kiển trung tâm hay tồn tại cơ sở hạ tầng (Infrastructure)

Vấn đề được quan tâm hàng đầu trong m ạng này là định tuyến giữa các trạm

m o b ile như thế nào để cỏ thế truyền tin m ột cách có hiệu quả nhất tro n g kh i các trạm tự do di động, nằm ngoài vùng phù sóng của nhau

Có thề nói sự khác biết lớn giữa m ạng Infrastructure và m ạne Ad-hoc là

g iao thức đ ịnh tuvến tru vền tin g iừa các trạm Tro n g k h i ờ mạng Infrasiructure các trạm m uốn truyền tin cho nhau phải thông qua một trạm điều khiến trung tâm

(Access point)- hoạt động như chế độ thăm dò (Pool) Do đó tất cả các trạm m uốn

giao tiếp thi phải năm trong vùng phù sóng của các điều khiển trung tâm này, vì

vậy vấn đề định tuyến không phải là vẩn đề đáng được quan tâm trong

Infrastructure Còn đối với m ạng Adhoc, do đạt được khả năng về tính m ềm đèo,

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 tâm Trong m ạng này, hai trạm m uốn kết nối có thể

nằm ngoài vùng phù sóng của nhau và việc truyền tin phải thông qua các trạm

trung gian nhớ giao thức định tuyến Các trạm vừa đỏng vai trò như thiết bị đầu

cuối, vừa lả router để chuyển tiếp các gói truyền tin Mạng Ad-hoc có nhiều điều cần 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 cùa 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 đề bản tin được phân tán m ột cách dáng tin cậy đến đích V iệ c xây dựng tuyến phải cần ch ú ý 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 cổ định, và bởi vậy không thích hợp cho Mobile Ad-

hoc Do sự thay đổi thường xuyên cùa topo m ạng, kết quà dẫn đến giảm độ hoàn

thiện, như: hội tụ tuyến chậm , lưu lượng thông tin thấp, xuất hiện sự lặp tuyến khi

những trạ m b ị hòng T h êm vào đỏ, những g ia o thức đ ịnh tuyển này cỏ overhead cao trong suốt th ờ i gian thiết lập tuyến G iao thức định tuyến m ớ i nên được thiết

kể thích hợp v ớ i m ôi trường MANET, kết hợp v ớ i những thuộc tính như: khả năng

di động, sự giới hạn dải tần, giới hạn năng lượng trạm

- Phần 1 : 'Tổng quan về m ạna Mobile Adhoc Network” sẽ trinh bày lý

thuyết của mạng Adhoc Network tập trung vào hai lớp MAC (chuẩn 802.11

cho Adhoc) và lớp 3 - định tuyến.

- Phần 2: “ C ả i thiện lưu lư ợ ng tro ne mạng M u ltih o p A d h o c ” N h ỏ m đề tà i sẽ

đề xuất một phương pháp mới áp dụng cho các trạm chuyển tiếp (relay)

nhằm cái thiện kru lượng bằng cách áp dụng một điều kiện cân bàng tốc độ

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

đánh giá độ hoàn thiện của m ô 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 bằng mô phòng.

- Phần 3: “Đánh giá các phương thức định tuyến trong mạng Adhoc’， Đe cập

về những giao thức định tuyến đang tồn tại trong MANET so sánh ưu

nhược điểm đồng thời bàng mô phòng đề tài so sánh các thông số như độ

trễ, độ m ất mát gói tin.

1.1 Giới thiệu chung

N h ư ta đã biết, trong xu thế hiện n ay phát triề n m ạng kh ôn g d ây dã mang lại nhiều lợ i ích to lớ n thể hiện tro n g tính lin h đ ộn g của nỏ D ư ớ i cái n hìn của hệ thố n g thống thông tin d i động thế hệ 4 (n h ư h inh vẽ 1.1 ) ta thấ y ngoài W I.A N ,

W P A N , th i mạng m o b ile adhoc là m ột phần tro n g kiến trú c cũa nó

4G\\' Architecture

M ạng A d h o c được đ ịnh dạng m ột cách tự đ ộ n g b ờ i các hệ thố n g tự tr ị là các node

m o b ile được kết n ối trự c tiế p v ớ i nhau bằng m ô i trư ờ n g kh ô n g dây mà kh ô n g sừ dụng bất cứ m ột c ơ sờ hạ tầng sẵn có hay trạ m đ iều kh iể n tru n g g ian nào Các node tự do d i chuyển và tự tổ chức m ột cách ngẫu nhiên do vậ y to p o của m ạng có thể thay đ ổ i nhanh chóng và không tiê n đoán trư ớ c được M ạ n g m o b ile adhoc có

cùng có thể kết nổi vào hệ thống m ạng Internet Các tuyến giữa các node mobile

có thề gồm nhiều hop chuyển tiếp giữa các node trung gian, do vậy theo m ột cách

gọi khác thì m ạng mobile adhoc network còn được gọi là mạng multihop.

Hình 1.2: Minh họa m ạng mobile adhoc network

Như hình vẽ trên, m ạng adhoc có thề bao gồm một vài thiết bị máy tính cá nhân

như notebook, PC cầm tay, Mỗi một nó cỏ khả năng giao tiếp trực tiếp vởi các

node khác thông qua node trung gian trong m iền phù sóng của nó.

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

- Nó là m ạng không dây: Các node giao tiếp với nhau qua truyền dẫn vô

tuyến và chia sẻ chung phương tiện truyền thông.

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

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

sờ hạ tầng sẵn có hoặc trạm điều khiển trung gian nào Mồi node vận hành

và phân bố ờ m ode peer-to-peer, hoạt động như một router độc lập.

- Định tuyến đa luồng (Multihop): Không sử dụng trạm điều khiển trung gian, mỗi node hoạt động như một router và chuyển tiếp thông tin đến các

node khác để chia sẻ thông tin với nhau.

- Tỉnh di động: Mỗi node được tự do di chuyển để giao tiếp với các node

khác Topo cùa mỗi m ạng sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự di chuyển của các

node m obile.

丁heo quan điểm của kiến trúc phân tầng OSI thì 802.11 dặc trung bời hai lớp dưới cùng: lớp vật lý PHY (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 ôi trường, phướng thức truyền và nhận gói dữ

liệu

Upper taysr Protocol

X

вог.11 Ö02.I1 eoì.11 «02.11e «021 Iti e02.11C

Lớp vậy lý cung cấp kết nối cho phép truyền các khung dữ liệu MAC từ trạm này

đến 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 cũng như tốc độ tối đa có thể đạt được.

Khác với m ạng có dây truyền thống, m ạng không dây truyền dữ liệu thông qua

m ôi trường qua hình thức phát xạ điện từ trường Yêu cầu chung là vùng phù sóng

phải rộng đủ đáp ứng được các yêu cầu của ngươi 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 cùa sóng vô tuyến là có thể vượt qua chướng ngại vật và vùng bao phù rộng

nên ngày nay người ta sử dụng hầu hết là sóng vô tuyến cho môi trường truyền

dần.

I ( lilia li/ D.iť

s o lilaOFDM802.Jig ERPH02.1 ]|

Ị Dãi lằn

Tồc độ tối đa

Tùy theo đặc trưng cùa từng chuẩn m à người ta lựa chọn các phương thức diều

chế ờ lớp vật lý khác nhau như:

- K ỹ thật điều chế trải p hổ nhảy tần FHSS sừ dụng dài băng tần 2.4Ghz

- Kv thuật trải phố chuỗi trực tiếp DSSS: Sừ dụng trong m ôi trường có SNR

thấp và đạt được độ bảo m ật an toàn thông tin cao Chuẩn 802.11 đầu tiên

sử dụng kỹ thật D SSS với băng tần 2.4GHz, tốc độ đạt l-2Mbps 802.1 lb

cải tiến lên đạt được tốc độ là 1 ỉ M bps

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

- Kỹ thật IR: Kỹ thuật này chi sử dụng đối với môi trường trong nhà do IR bị ảnh hường bời ánh sáng m ặt trời và băng thông thấp.

802 ỉ ỉ MAC[2ỊỊ5Ị

Đặc trưng nhấp cùa 802.11 chính là lớp con MAC Lớp con MAC quy định các

phương thức truy nhập kênh, truyền khung dữ liệu và tương tác với m ôi trường có

dây bên ngoài

Giống như Ethernet, 802.11 sử dụng phương thức đa truy cập cảm nhận sóng

m ang để điều khiển việc truy nhập m ôi 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, k h i m ột trạm muốn tru yền tin nó đ ò kênh và c h ờ đến k h i kênh truyền được cảm nhận là rỗi là cỏ thể gửi gói tin Khi gói tin được gửi di m à không nhận

được tín hiệu phàn hồi báo nhiễu trong 64bytes đầu thi khung được coi là phân

phát đúng Giao thức này lả giao thức đa truy cập sóng m ang dò xung đột

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Tuy nhiên

- Sự khác nhau giữa m ôi trường có dây và không dây: Kỹ thuật CSMA/CD

đòi hỏi sóng vô tuyến phải cỏ khả năng truyền song công Môi trường vô

tuyến khó thực hiện điều này.

- Vấn đề trạm ẩn: Trong chế độ adhoc, các node có thể truyền dữ liệu khi

chúng nằm trong vùng phủ sóng của nhau, vấn đề trạm ẩn xảy ra khi hai

node không nằm trong vùng phù sóng cùa nhau cùng truyền dừ liệu đến

một node thứ ba dẫn đến xung đột xày ra tại trạm thứ ba.

• Staúoi В cannot dctcct Ihc transm ission

• S talion В transm its d a ta to station с

• Collision occurs

Hình 1.3: Vấn đề trạm ẩn.

- V ẩn đề trạm p h ơ i bày: xả y ra trong tình huống tro n g đó một cuộc truyền dẫn hợp phép từ m ột node đến node khác bị trễ do hoạt động truyền dẫn

khác không liên quan giữa hai trạm khác nằm trong vùng phủ sóng cùa nó

Do những lý do trên thủ tục CSMA/CD của Ethernet không thề áp dụng cho m ạng

Adhoc được, thay vào đó người ta sử dụng thủ thực CSMA/CA.

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

cơ bản: chức năng phối hợp phân bố DCF (Distributed Coordination Function) và

chức năng phổi hợp điểm PC F (Poit Coordination Function) Mỗi chức năng định

nghĩa một phương thức hoạt động cho các trạm m uốn truy nhập môi trường không

dây Chức năng phối hợp được hiểu như là chức năng quyết định việc khi nào m ột

trạm trong BSS được phép truyền hay nhận một phân đoạn đơn vị dữ liệu giao

thức lớp MAC (MPDU).

Ff*« 8«ѴІ0М I'

Hình 1.4: Chức nàng của PCF và DCF

Chế độ hoạt động DGF là bắt buộc đối với tất cả các ứng dụng, còn chức năng

PC F tùy chọn DCF không sử dụng bất cứ loại điều khiển trung tâm nào, bản chất

của nó là m ột giao thức MAC đa truy cập cảm nhận sóng m ang có tránh xung đột

(CSMA/CA) Chế độ còn lại PCF sử dụng trạm nên để điều khiển toàn bộ các hoạt

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

Q uyền ưu tiên truy cập tới m ôi trường vô tuyến được điều khiển thông qua các

khoảng không gian giữa các khung truyền, gọi là các khoảng thời gian liên khung

IFS (Inter Fram e Space) C ác giả trị IFS được định nghĩa bởi lớp vật lý Một trạm

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

ท า ang trong không gian chung Có ba loại IFS:

- SIFS (S h ort In te r Frame Space): Khoảng thời gian liên kh u n g ngắn

- PIFS (PCF In te r Frame Space): Khoảng thời gian liên kh u n g PCF

- D IF S (D C F In te r Frame space): Khoảng th ờ i gian liê n kh u n g DCF

❖ C hứ c n ă n g P C F [2 ]Ị5 Ị

Phương thức truy nhập cơ bản của 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 IBSS lẫn cấu hình m ạng cơ sở hạ tầng.

Khi một trạm muốn truyền tín hiệu, đầu tiên nó sẽ lắng nghe môi trường truyền

xem liệu cỏ một trạm khác đang truyền hay không Nếu môi trường được xác định

là rỗi, quá trình truyền cỏ thể diễn ra Thuật toán phân tấn CSMA/CA bắt buộc yêu

cầu phải cỏ một khe thời gian tối thiểu tồn tại giữa các khung truyền đi liên tục.

truvèn hiện tại S au khi chờ hoặc trước khi cổ găng truyền lại ngay lập tức sau m ỗi

lần truyền thành công, trạm sẽ chọn m ột khoảng thời gian ngừng ngẫu nhiên để

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 thể áp dụng m ột vài phương pháp cải tiên trong một số tinh 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 h iệ n sóng m ang

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

do đó trạm phải sừ dụng các cơ chế dò sóng m ang để phát hiện m ôi trường truyền

hiện đang bận hay rối IEEE 802.11 hỗ trợ hai cơ chế phát hiện sóng m ang đó là:

- Cơ chế phát hiện sóng m ang vật lý tại lớp vật lý

- Cơ chế phát h iện sóng mang ở lớp MAC thông qua vecto cấp phát mạngNAV (Network Allocation Vector)

Nếu m ột trong hai cơ chế này chi ra là m ôi trường truyền đang bận thì môi trường

sẽ được xác định là bận còn ngược lại môi trường được coi là rồi Bình thường

trạm có thể kiểm tra tín hiệu điện tại lớp vật lý để 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 loàn, điều này làm tăng chi phí m ột cách đáng kể Hơn nữa, các m ạng

WLAN còn gặp phải một số vấn đề khác chẳng hạn như vấn đề trạm ẩn, nên

phương thức dò sóng m ang vật lý không thề cung cấp được các thông tin một cách

hoàn toàn chuẩn xác Cơ chế phát hiện sóng m ang áo được cung cấp bởi vecto cấp

phát m ạng 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 m ạng trên môi trường dựa trên thông

tin về khoảng thời gian được thông báo trong trường Duration cùa các khung

RTS/CTS trước khi các trạm trao đổi dữ liệu Thông tin về khoảng thời gian này

cũng có trong m ào dầu MAC của tất cả các khung truyền đi, nó cho biết trạm hiện

thời dang chiếm kênh sẽ phải sử dụng m ôi trường trong bao lâu để truyền khung

Thực chất có thề coi NAV giống như m ột bộ đếm lùi thời gian với tốc độ không

đồi Khi NAV khác 0， cơ chế cảm nhận sóng m ang áo của trạm cho biết rằng m ôi

17

Ж/ Ш

NAV bằng 0 Giá trị NAV sẽ được cập nhật lại nếu như NAV mới lớn hơn giá trị

hiện tại Bằng cách sử dụng NAV các trạm cỏ thể chắc chắn rang các hoạt động

truyền nhận không bị phá vỡ

Ví dụ các thù tục của cơ chế bắt tay hai bước RTS/CTS như sau:

Giả sử cỏ bốn trạm А, в, с và D C ác trạm đều nầm trong phạm vi hoạt động của nhau trừ hai trạm A và D, tức là A và D không thể “ lắng ngh” được trạng thái

truyền cùa nhau.

Bây giờ trạm A muốn truyền dữ liệu đến B, nó bẳt đầu gửi khung RTS đến в в

nhận được tín hiệu RTS và đang rỗi nên gừi lại khung CTS с nằm trong phạm vi hoạt động cùa A nên “ lắng nghe’， được trạng thái kênh, nó biết là kênh đang bận

nên đặt NAV của m ình theo giá trị trong RTS Khi в trả lời CTS nó lại cập nhật được NAV của CTS Trạm D không nằm trong phạm vi hoạt động của A nên

không nghe được RTS, tuy nhiên khi в gửi CTS nỏ nghe được và biết m ôi trường đang bận nó cập nhật NAV cùa minh theo trạng thái CTS

Hình 1.5: Thủ tục RTS/CTS để khấc phục hiện tượng trạm ẩn

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

D đều hiểu là kênh đang bận và nó sẽ chờ cho đến khi NAV giảm về 0 thì m ói bắt

đầu khởi tạo các thủ tục tranh kênh cùa m inh.

biết nhanh hơn so với toàn bộ gói được truyền Do đó thủ tục bắt tay hai bước RTS/CTS thường được sử dụng để tránh xung dột do vấn dề về trạm ẩn Khoảng

thông tin về thời gian trong gói RTS bảo đảm cho trạm phát tránh được xung đột

với các trạm nằm ngoài tầm lắng nghe trong suốt thời gian cho đến khi nó nhận

được ACK trà lời

P h ư ơ n g th ứ c tr u y n hậ p C SM 4/C Aเ2 แ 5 เ

Phương thức truy nhập CSMA/CA (Carier S ense Multiple Access with Collision

Avoidance) là nền tảng của DCF Trong hoạt động DCF, trạm m uốn truyền khung

trước hết phải lấng nghe kênh truyền Nếu m ôi trường được xác định là rỗi trong

khoảng thời gian DIFS trạm có quvền tham gia vào thú tục tranh kênh Trên m iền

thời gian thì đây được gọi là cửa sổ tranh chấp c w

Thời gianHình 1.7: Cửa sổ tranh chấp

Quá trình dò kênh được tiến hành bằng cả hai phương thức dò kênh vật lý và dò

kênh ào Nếu môi trường được xác định là rỗi, quá trinh truyền cỏ thể diễn ra

Thuật toán phân tán CSMA/CA bắt buộc yêu cầu phải có một khe thời gian tối

thiều tồn tại giữa các khung truyền đi liên tục Nếu môi trường được xác định là

bận, trạm sẽ chờ cho đến khi kết thúc quá trình truyền hiện tại Sau khi chờ, hoặc

trước khi cổ găng truyền lại ngay sau mỗi lần truyền thành công trạm sẽ chọn m ột

khoảng thời gian ngấu nhiên để khởi tạo bộ đếm lùi, và khi bộ đếm này được giảm

tới 0 thì quá trình truyền khung tiếp theo được tiếp tục.

Trong trường hợp cỏ nhiều trạm m uốn 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

khả năng xảy ra xung đột Để tránh hiện tượng này DCF sử dụng m ột thuật toán

gọi là thuật toán quay lui ngẫu nhiên (Random Backoff Algorithm).

DIFS, trạm sẽ tạo ra một thời gian nhừng ngẫu nhiên trước khi truyền, trừ khi bộ

định thơi ngưng đã có giá trị bằng 0 Qua trình này làm giảm tối đa khả năng xung

đột khi có tranh chấp giữa nhiều trạm đang cùng chiếm kênh Khoảng thời gian

ngưng ngẫu nhiên luôn được chọn trong khoảng [0，CW], trong đó c w là một số nguyên nằm trong dải c w min <cw<cwmax (CWm m và cw m a x được định nghĩa bởi lớp vật lý) Ban đầu c w được khởi tạo bàng cw m,ท Cố sau mồi lần xung đột giá trị cw lại được tăng gấp đôi cho đến khi đạt tới ngưỡng cwm a x và giữ nguyên giá trị này cho đến khi khởi động lại quá trình tranh kênh truyền Bằng việc chọn các

khoảng ngẫu nhiên tăng theo hàm m ũ khi xung đột liên tiếp xảy ra, thuật toán này

đảm bảo thời gian trì hoãn thấp khi chi có vài trăm trạm xung đột, nhưng cũng

đảm bảo rằng số xung đột sẽ được giải quyết trong khoảng thời gian hợp lý khi có

nhiều trạm xung đột Điều này làm tăng độ ồn định các giao thức truy nhập khi lưu

lượng lớn.

-^ T h ở tniyền lại lằn 1

Hình 1.9: Thuật toán quay lui trong DCF

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

PCF, nó chi cỏ thể sử dụng được trên các cấu hình m ạng hạ tầng Phương pháp

truy nhập này sử dụng một bộ phối hợp điểm PC, hoạt động tại điềm truy nhập của

BSS để xác định trạm nào sẽ được phép truyền, về cơ bản giao thức này hoạt động giống như việc thăm dò (polling) trong đó PC đóng vai trò cùa bộ phận điểu

khiển thăm dò PCF sử dụng cơ chế phát hiện sóng m ang ào được hỗ trợ bởi m ột

cơ chế ưu tiên truy nhập PCF sẽ phân tán thông tin trong các khung quản lý để

được quyền quản lý môi trường bằng cách đặt các vecto cấp phát m ạng NAV

trong các trạm Thêm vào đó tất cả các truyền dẫn khung sử dụng điều khiển của

PCF đều sử dụng khoảng thời gian liên khung IFS nhỏ hơn không gian IFS cho

các khung được truyền đi thông qua DCF Việc sử dụng IFS nhò hơn có nghĩa là

lưu lượng phối hợp điểm sẽ có quyền ưu tiên truy nhập phương tiện truyền thông

lớn hơn các trạm trong chế độ hoạt động BSS gối chòng dưới phương pháp truy

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 điều khiển việc truyền dẫn khung

của các trạm để loại bỏ tranh chấp trong một khoảng thời gian giới hạn nào đó

Trong m ột số trường hợp, DC F và PCF sẽ cùng tồn tại trong cùng m ột B SS theo

chấp CFP Chúng được gọi là các khoảng lặp CFP.

CFP ท?petition interval CFP repetition i nerval

|в ;

CP

Hình 1.10: Chu kỳ luân phiên giữa PCF vả DCF

Ưu tiên truy nhập PCF có thể được tận dụng để tạo ra một phương pháp truy cập không tranh chấp PC sẽ điều khiển việc truyền dẫn khung cùa các trạm để loại bò tranh chấp trong một khoảng 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 chấp CP và một chu kỳ không tranh chấp CFP M ột 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 thi không có chức năng PCF Thủ tục truy nhập cơ bản đòi hỏi các trạm cập nhập N A V đến giá trị lớn nhất của chu kỳ CFP Trong suốt khoảng thời gian CFP, chi các trạm được cho phép truyền mới đáp lại tín hiệu thăm dò từ PC hoặc truyền lại AC K sau khi nhận được M PDU sau khoảng thời gian PIFS Tại thời diềm bất dầu khoảng không tranh chấp CFP, PC cảm nhận môi trường Nếu môi trường rồ trong khoảng thời gian PIFS, PC sẽ bất đầu thù tục truyền không tranh chấp (sau PIFS) bàng cách gửi khung CF-Poll, Data, hoặc khung Data + CPF-Poll PC cũng cỏ thể lập tức kết thúc khoảng thời gian CFP bàng cách gửi khung CF-End Nếu các trạm hoạt động trong BSS với chế độ do PCF nhận được khung CFP-Poll từ PC trạm có thể đáp lại PC sau một khoảng thời gian PIFS bàng khung CF-ACK hoặc Data+CF-ACK Neu PC nhận được khung Data+CF-ACK từ trạm PC có thể gửi khung Data+CF-ACK+CF-Poil cho trạm khác trong phần CF-ACK dùng để biên nhận khung dữ liệu trước đo Sự kết hợp các tính nãng thăm dò nhận biết với khung dừ liệu làm tăng hiệu suất truyền Neu

PC truyền khugn CF-Poll và trạm nhận không có khung để truyền, nó sẽ gửi khung N U L L trờ về PC Neu PC không nhận được AC K để truyền khung, PC đợi

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

Như ta đã biết do mạng Adhoc là loại hình mạng hoạt động tương đổi phức tạp, do vậy đổi tượng chính cùa giao thức định tuyến mạng Ad-hoc là phải thiết lập một cách chính xác và hiệu quả tuyến giữa những cặp trạm để bản tin được phân tán một cách đáng tin cậy đến đích Việc xây dựng tuyến phải cần chú ý 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 bời vạy không thích hợp cho Mobile Ad- hoc Do sự thay đổi thường xuyên của topo mạng, kết quả dẫn đến giảm độ hoàn thiện, như: hội tụ tuyến chậm, lưu lượng thông tin thấp, xuất hiện sự lập tuyến khi những trạm bị hỏng 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

kể thích hợp với mõi trường M ANET, kết hợp với những thuộc tính như: khá nàng

tuyến cần dám bảo:

• O v e r h e a d điểu khiển nhỏ n h ấ t Overhead ở đây có thể hiểu theo nghĩa là những thông tin điều khiển: điều khiển định tuyến, điều khiển đồng bộ, Bởi vi dải tần là giới hạn, nên giao thức định tuyển cần giới hạn đến mức tối thiếu số bản tin điều khiển mà vẫn không ảnh hường đến hoạt động của mạng Ngoài ra giảm bớt bản tin điều khiển cũng giúp ta tiết kiệm được năn a lượng cùa các trạm

thời gian xử lý hơn trong thiết bị Việc mất nhiều thời gian cho xừ lý dẫn đến sự trễ trong truyền tin, mất nhiệu năng lượng hơn

• Khả năng định tuyến M u ltih o p 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 B ởi vậy, giao thức định tuyến phải cỏ khả năng định tuyến multihop giữa nguồn và đích để có thể thực hiện giao tiếp truyền tin giữa các trạm

• Duy trì topo động Khi một tuyến được thiết lập, đôi khi một số liên kết

trong tuyến đó bị ngắt quãng do sự dịch chuyển của trạm, hay do một lý do nào dó Để sự giao tiếp giữa trạm nguồn và đích một cách thông suốt, tuyến đường dẫn này nên được duy trì, thậm chi có thể ngay ờ các trạm trung gian, trạm nguồn, trạm đích, khi chúng đang di động Hơn nữa, vì sự ngắt quãng liên kết thường 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 số trạm

dọc theo đường dẫn chọn next hop tới đích cũng là trạm dã xuất hiện trước

đỏ trong đường dẫn K hi quay vòng tuyến xảy ra, gói dữ liệu và điều khiển

có thể truyền trên tuyên nhiều lần cho đến khi hoặc là đường dẫn được cố định và quay vòng bị loại bỏ, hoặc là cho đến khi T T L đến 0 Bởi vi dài tần

là quý và tiến trình 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 mạng Bời vậy quay vòng cần được ngăn ngừa bất cứ lúc nào

Hình dưới đây minh họa các loại giao thức định tuyến trong mạng Adhoc

Giao Ihửc định tuyến được chia làm hai loai chính đó là P ro active , và Reactive,

trong m ỗi loại cỏ các giao thức khác nhau, chúng ta sẽ nghiên cứu từng loại giao thức ờ chương sau

P ro active 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 mạng duy trì tuyến tới tất cả các trạm khác trong mạng tại mọi thời điểm Sự tạo tuyển và duy trì được thực hiện thông qua một vài tổ hợp của khoảng thời gian và sự kiện tác động đến cập nhật tuyến Chu kỳ cập nhật bao gồm những thông tin định tuyến thay đổi giữa các trạm tại khoảng thời gian đặt trước Cập nhật xuất hiện tại một thời điểm xác định, theo một khoảng thời gian cho trước, đáp ứng khả năng di chuyển cùa các trạm và các thuộc tính khác của mạng Ngược lại, cập nhật theo sự kiện tác động được phát khi có sự kiện gì đó xảy ra, như thêm liên kết, huỷ liên két P ro active có một tính năng là những tuyến có giá trị tại hiện tại là rất cần thiết Bời vi các tuyến đó được duy trì trong khoảng thời gian cập nhật, một trạm muốn truyền dữ liệu, nó chì cần vào trong bàng định tuyến và tìm tuyến, nếu tuyến

đã tồn tại thì quá trình truyền tin xảy ra, do đó 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 Ịà o v e rh e a d điều khiển có thể rất cao trong mạng lớn hoặc trong mạng

mà các trạm di động nhiều Theo nghĩa đỏ p ro a c tiv e trong mạng Ad-hoc có thề được coi là giao thức định tuyến theo bảng (Table-driven)

Reactive, k ỹ th u ậ t đ ịn h tu y ế n reactivec ũ n g đ ư ợ c g ọ i là đ ịn h tu y ế n th e o yêu cầu (on-demand), nỏ khác khá nhiều so với phương pháp định tuyến

tuyến trong một trạm tại mọi thời điểm Sự thay đồi thường xuyên liên kết trong mạng Ad-hoc là một trờ ngại cho giao thức định tuyến p ro a c tiv e Bời những lý do này, giao thức Reactive ra đời, chúng lấy một phần từ giao thức định tuyển truyền thống, hơn nữa chúng không tiếp tục giữ tuyền giữa tất cả các cặp trạm trong mạng Thay vi đỏ, tuyến chi được khám phá khi chúng thực sự cần thiết cho truyền dữ liệu Khi trạm nguồn cần gửi dữ liệu tời một sổ trạm đích, nó kiểm tra bàng định tuyến dể xem xét có tuyến hay không Neu tuyến không tồn tại, nó thục hiện thủ tục khám phá luyến để tìm đường tới đích Do đỏ, tìm tuyến xuất phát theo yêu cầu Nếu hai trạm không chưa bao giờ giao tiếp với nhau, thi chúng không cần khởi tạo đường dẫn tới nhau Tim tuyến được chứa trong bản tin request cũa giai đoạn tìm tuyến Để giảm overhead, vùng tim nên được giảm bớt bằng sổ trạm tối ưu mà gói tin cần truyền qua.

L ợ i ich cùa cách tiếp cận này lả những lượng o verhe ad 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 đối rộng trong khuân khổ đề tài chi đề cập một số 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)[15] là giao thức P ro active được sử dụng cho mạng Ad-hoc Nhừng gói được phát giữa các trạm cùa mạng sử dụng thông tin trong bảng định tuyến M ỗi bảng định tuyến tại mỗi trạm sẽ liệt kê tất cả các đích, và số hop tương ứng tới chúng Mỗi thực thể bảng định tuyến được gắn với một số thứ tự bắt nguồn từ trạm đích Đê giữ nội dung của bảng định tuyến trong trường hợp mạng topo động, mỗi trạm cập nhật theo chu kỳ, và phát những thông tin cặp nhật ngay khi nhận được những thông tin mới có giá trị Các 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 tuyển vector khoảng cách (xem phụ lục)

Thông tin định tuyến được quàng 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 mồi trạm mobile phải thòng báo tới trạm hàng xóm thông tin bảng định tuyển của nó (bằng cách quảng bá thực thể trong bảng)

bởi vậy thông tin quảng bá phải đù nhiều, nhanh để đảm bảo rằng tất cả các mobile luôn luôn được xác định vị trí trong mạng Thêm vào đó, mỗi máv tính mobile chấp nhận relay dữ liệu tới máy tính khác nếu cỏ yêu cầu Theo cách này thì một máy tính mobile có thề chuyền dừ liệu tới một moible trong mạng thậm chí đích của dư liệu là không nằm trực tiếp trong vùng phủ sóng của nó.

Tất cả các máy tính hoạt động trong mạng tạo ra các đường dẫn dữ liệu giữa chúng bằng cách quảng bá dữ liệu cần thiết trong khoảng vài giây Trong môi trường không dây, điểu 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 quàng bá bởi mỗi máy tính mobile sẽ phải chứa số thứ tự mới và có những thông tin sau:

• Địa chi đích

• Số hop g iớ i hạn tìm tới đích

• Số thứ tự của những thông tin được n h ậ n được xuất phát từ trạm đích.Bảng định tuyển cũng có thể chứa địa chỉ phần cứng, và (nếu cần thiết) địachi mạng cảu những mobile truyền tin với chúng, thông tin này được chứa trong header của gói Bảng định tuyến cũng bao gồm sổ thứ tự được tạo bời bên phát Những tuyến có số 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 toán thực thể trong bảng định tuyến Thêm vào đó, DSDV cũng khởi tạo cập nhật bằng รน kiện trên mạng như tháo bỏ liên kết, liên kết đứt quãng Sự cắt đứt liên kết này được nhận biết tại lớp 2 của mạng M ột liên kết broken được miêu tả bằng khoảng cách 00 (có nghĩa là lớn hơn giá trị khoảng cách lớn nhất) Khi liên kết đến next hop bị broken, tất cả các tuyến quan next hop đó ngay lập tức được gán 00 và được gán một số thứ tự Khi một trạm nhận metric 00, nó sẽ cập nhật và

sự kiện liên kết broken đã cập nhật bảng định tuyến

Khi một trạm Mobile nhận được thông tin định tuyến mới (thông thường nó tăng số gói như đã 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 sừ dụng, còn số thứ tụ

nếu nó có metric tốt hơn, vã tuyên hiện tại được xoá bò thay bời tuyển mới.Một thông số quan trong cùa DSDV là thời gian giữa hai quảng bá Thời gian này phải được chọn phù hợp với từng loại mạng và yêu cầu của mạng Nếu mạng ít thay đồi ta chọn thời gian dài hơn và được lợi về overhead, còn mạng có topo thay đồi nhiều thì khoảng thời gian nay phải nhò khi đó overhead nhiều hơn.

Sau đây ta xét một ví dụ về định tuyến dùng DSDV

Xem xét M H 4 trong Hình 2 Bảng 1 cho cấu trúc cùa bảng định tuyến được duy trì tại MH4 Giả sử địa chỉ cùa mỗi trạm lả sổ thử tự tương ứng với M hi kết hợp với sổ thự tự là số SNNN_Mhi, trong đó SNNN: là sổ thứ tự Cũng giả sử rằng đã tồn tại nhừng thực the trong bảng định tuyển mồi Mobile, với số thứ tự là

SN NN _M hi, trước khi MH1 di chuyển khỏi MH2 Trường thời gian cài đặt trong bảng chi cho ta thấy khi nào xoá luyến

M H7 MH6 2 ร 128 MH7 T002_MH4 Ptrl _MH7

Giả sử bây g iờ trạm MH1 di chuyển như hình vẽ, ngay sau khi di chuyển, các trạm trong mạng chưa thấy được sự thay đổi đỏ Nhờ các thông tin quàng bá sẽ cập nhật những thông tin vào bảng định tuyển Khi đỏ bảng 2 sẽ trở thành Bàng 1.3 Bảng định tuyến M H4 sau khi MH1 di chuyển

Đích Next hop M etric Số thứ tự Thơigian cài đặt Flags Stable data

Thuật toán chính của A O D V như sau:

• P h â n biệt rõ giữa quản lý kết nối địa phương và duy trì topo c h u n g

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

Tiến trình tìm tuyến chi được khởi tạo khi trạm nguồn cần giao truyền dữ liệu với trạm khác mà tuyến dển trạm đích không tồn tại trong bảng Mồi trạm duy tri hai số đếm riêng: số thứ tự trạm (node sequence num be r , và id quàng bá

(broadcast id ). Trạm nguồn khởi tạo đường dẫn bằng cách quảng bá gói yêu cầu tuyến (RREQ -R o u te Request) tới hàng xóm RREQ chứa những trường sau:

< đ ịa c h i nguồn, số nguồn#, broadcastj d , đ ịa c h i đich, số đích #,

hop_count>

Cặp địa chỉ < đ ịa c h i nguồn, broadcast_ ỉd > nhận dạng duy nhất

broadcast j d là sổ gia khi nguồn phát RREQ mới Hàng xóm thoà mãn RREQ thi gửi trả lại nguồn bản tin hồi âm RREP (hình 3b) hoặc quảng bá lại RREQ tới hàng

(a) Propagation o f th e RREQ

JŇTjb,；-, . .

Source N1；

(b) Path o f th e RREP to th e source

Hinh 1.14 Khám phá tuyến trong AO D V

của cũng một gói quảng bá tìm tuyến từ hàng xóm khác nhau Khi trạm trung gian nhận RREQ, nếu nó vừa nhận RREỌ với cùng b roadcast id và dia chi nguồn, nó

sẽ loại bỏ nói tin này và không quáng bá lại nữa Nếu một trạm không thoả mãn RREQ, nó giữ tiếp tục kiểm tra những thông tin sau dể tạo đường dẫn ngược trở lại, khi đườne dẫn forward được thiết lập sẽ hoàn thành sẽ gắn vào RREP:

Ngoài ra giai thức A O D V còn sừ dụng bản tin hello, quảng bá địa phương bời một trạm nhằm thông báo ého các trạm di động biết hàng xóm cùa nó Bản tin

hello có thể được dùng để duy trì kết nối địa phương cùa m ột trạm Гиу nhiên, sử dụng bàn tin này là không cần thiết Các trạm sẽ nghe sự phát lại gói dữ liệu để chắc chấn rằng next hop vẫn tìm thấy Nếu không tim thấy gói phát lại, trạm có thể

sử dụng bất kỳ kỹ thuật nào như: c h ấ p nhận bản tin h e llo , để quyết định liệu next hop có còn trong vùng phù sóng hay không

1.3.3 DSR [15][16]

M ộ t loại định tuyến Reactive tiếp theo ta nghiên cứu đó là DSR (D ynam ic Source R outing).

ro u te ) trong tiêu để của gói, cho địa chi cùa mỗi trạm trên mạng mà gói truyền qua

để tìm tới đích Trạm gửi sau đó phát gỏi qua mạng không dây với hop đầu tiên được chi ra trong SR. Khi một trạm nhận gối, nếu trạm không phải lả trạm cuoi đích cuối cùng cùa gói, đơn gian nó chỉ việc phát gói đến next hop được chi ra ở

SR trong tiêu đề gói Khi gói đã tìm đến đích cuối cùng, gói sẽ được phân lên các lớp trên để sừ dụng tuỳ theo yêu cầu

M ỗi trạm mobile có một vùng nhớ đề lưu trữ thông tin định tuyến này, đó chính là ro u te cache. K hi một trạm gừi gói tới trạm khác, đầu tiên trạm gửi kiểm tra route cache xem có SR cho đích chưa Nêu tuyến được tìm thấy, trạm gừi sử dụng tuyến này để phát gói lên kênh Nếu không tìm thấy tuyển, trạm gửi có thể yêu cầu khám phá tuyến bằng cách sử dụng giao thức tìm tuyến Trong khi đợi quá trình tìm hoàn thành, trạm có thể tiếp tục quá trình xử lý khác và có thẻ gửi, nhận

dữ liệu với trạm khác Trạm có thể đẩy vào bộ đệm các gói để phát nó khi tuyến đã tìm thấy, hoặc loại bò gói này, trả lại lớp cao hơn để phát lại gói nếu cần M ỗi thực thể trong route cache được kết hợp với khoảng thời gian mong đợi, sau khoảng thời gian này thì thực thể đó sẽ bị xoá khỏi route cache.

Trong khi một host đang sử dụng một SR bất kỳ, nó tiếp tục quản lý tính chính xác của tuyến V í dụ, nếu trạm gửi, đích, hoặc bất kỳ một trạm nào khác có tên trong SR dọc theo đường dẫn đến đích ra khỏi vùng truyền phát của nhau, khi

đó tuyển có thể không tìm được đến đích M ột tuyến sẽ không làm việc nếu bất kỳ trạm nào trong SR bị lỗi hoặc tắt máy Sự quản lý tính chính xác của hoạt động được gọi là route m aintenace. Khi route maintenance phát hiện một vấn đề gì đó xảy ra với tuyến đang dùng, quá trình tìm tuyến có thể được sử dụng đề khám phá một tuyến mới, chính xác đến đích

- Khám phá truyế n [13]

Khám phá tuyển cho phép bất kỳ trạm nào trên mạng adhoc tìm tuyến động tới các trạm còn lại trên mạng, dù chúng có nối trực tiếp với nhau hoặc thông qua một hay nhiều trạm trung eian khác M ột trạm khởi tạo khám phá tuyến bằng cách quảng bá gói ro u te request , gỏi này có thể được nhận bời nhiều trạm khác neu

nhận dạng host, nói đúng hơn là đích của tuyến cần tìm do trạm nguồnn yêu cẩu.

M ồi route request chứa route re c o rd chứa địa chi địa chi nguồn của requesỉ

và địa chi đich cùa request Mỗi gói route request cũng chứa số duy nhắt request

id, được dặt bời nơi khởi tạo tù số thứ tự locally-maintained Để quyế dò route request dược nhận kép, mỗi trạm trong adhoc giữ một danh sách cặp

<địachinguồn,request id > , cặp này có thể lấy trên route request nhận gần nhất

Khi một trạm nhận gói ro ute request, nó xừ lý yêu cầu tương ứng với những bước sau:

• Neu cặp < đ ịa ching u ồn ,request ỉd> của route request được tim thấy trong danh sách gần nhất, nó sẽ loại bỏ gỏi route request và không làm gì cả

• Trường hợp khác, nếu địa chi trạm đã tồn tại trong danh sách route re co rd

cùa yêu cầu, nó xoá route request và không làm gỉ cả

• Tiếp theo, nếu đích cùa request hợp với dia chi của chính nó, thì route

re c o rd chứa trong gói chửa tuyến từ nguồn đến đích (trạm này) Nỏ trả lại bản sao cùa tuyến trong gỏi route re p ly tới nguồn

• Trường hợp còn lại, thêm địa chi của nó vào route re c o rd của gói route request, và quảng bá lại request.

Bở vậy aỏi ro u ie request truyền trên mạng adhoc cho đến khi nó tim thấy trạm đích, trạm đích sẽ gửi hồi âm về cho trạm khởi tạo Gói ro u te request chi

cũng vậy mỗi trạm sẽ truyền request nếu dia chi dich không phả là cùa mình, và loại bỏ gói khi lặp lại hai lần.

- Route M aintenance [13]

Roule M aintenance kết hợp sử dụng gói ro u te error và ack Trong khi sử dụng tuyến trạm sử dụng thù tục route m aintenance để quản lý hoạt động của luyến và thông báo cho người gửi bất kỳ lỗi nào xảy ra V i mạng không dây kém tin cậy hơn mạng có dãy, nên một sổ giao thức đã phái dùng ack ngay tại lớp 2 cùa mạng để cung cấp sự phát hiện sớm và phát lịa khi gói xuất hiện lồi Trong những mạng này, ro u te m aintenance có thể dễ dàng được đáp ứng, vi tại mỗi hop, trạm phát gói có thể quyết định được 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 mức cho phép), host này gửi gói route error tới trạm nguồn của gói xuất hiện lồi Gói route e rro r

chửa địa chi các host mà truyền bị lồ i: host dò được lỗi và host giao tiếp với host

dò lỗi

Neu mạng không dây không hỗ trợ a ck mực thấp, một tín hiệu tương đương với A C K có thề có giá trị trong nhiều môi trường Sau khi gửi gói tới next hop mobile, bên gửi có thể nghe quá trình truyền phát của host đó, để quyết định xem đường liên kết còn hay không

2 .1 Đề xuất

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

M ô hình thông dụng của A d-hoc là M u ỉti-h o p A d-hoc. Trong mạng 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 M AC được áp dụng ờ đây ảnh hường đến hiệu quả sừ dụng băng tần, và ti lệ rớt gói tăng, làm ành hưởng đến lưu lượng lối ra cùa mạng K hi sổ hop tâng, lưu lượng giảm xuống [7], và giới hạn khả năng áp dụng của mạng này

Phân tích lưu lượng của mạng Wireless L A N các tác giả đã chứng minh được rằng dung năng cùa mạng có thể là ᄋ(log ท), trong đó ท là tổng số trạm cùa mạng, với một mô hình đặc biệt re la y tra ffic , lưu lượng end-to-end là 0 ( ĩ Ы п ) [8][9] Các kết quả này được áp dụng cho mạng Ad-hoc với truyền tin qua trạm relay, và có thể

mở rộng cho mạng sensor Các tác giả cũng nghiên cứu về dung năng mạng thông qua tế bào đơn (sing le c e ll) và mạng chuỗi (ch a in top o log y). Kết quả là lưu lượng mạng nàm trong khoảng từ V a đến 1/7 dung lượng cùa một hop dơn [9]

M ột loạt các bài báo viết về tối ưu lưu lượng mạng băng cách thay đổi các tham sổ: cửa sổ tranh chấp, vùng cảm nhận, Các tác già đã chỉ ra ảnh hường của tốc độ giàm cùa cửa sồ B a c k o ff đến lưu lượng Sau đó đề xuất một kỹ thuật nhằm cải tiến nó trong điều kiện mạng bão hoà Theo đó cửa sổ B a ckoff có giá trị nhò cho những trạm truyền thành công, còn có giá trị rất lớn cho các trạm khác Trong kết quả gần đây mô hình giảm c w chậm được đưa ra c w giữ giá trị lớn nhằm ngăn ngừa khà năng xung đột trong trườnE； hợp trạm là quá tải M ô hình này kém hiẹu quả nếu quá tải chi xuất hiện tại một vài trạm trong mạng Vùng cảm nhận vật

lý cũng được nghiên cứu Một vùng cảm nhận lớn có thể được dùng để giam bớt xung đột, nhưng ờ cùng một thời điểm, nó làm cho thời gian B a c k o ff dài không

Trong mô hình mạng đa nguồn (m ultisource), như mong đợi, lưu lượng gần như ổn định tại giá trị bằng 'Á dung năng kênh khi tổng tốc độ truyền của các trạm nguồn tăng lên, cải thiện một cách rõ ràng so với mô hình truyền thống.

2.2 L ư u th ô n g trong m ạng W ireless M ultihop A d -h o c tại n út

Do cơ chế xâm nhập đường truyền là CSM A/C A nên về mặt thống kê, nếu tổng tốc độ gửi cùa tất cả các trạm nguồn là nhỏ hơn Vi dung năng kênh c , thì trạm relay có thể sử dụng một nửa còn lại cùa kênh cho việc chuyển tiếp dữ liệu Tồng lưu lượng đo tại M đích sẽ bằng lưu lượng chuyển tiếp của trạm relay Lưu lượng lợn nhất theo kết quả đó là C/2, có nghĩa là cà trạm nguồn và trạm relay không phải đẩy các gỏi vào hàng đợi

kênh, khi đỏ dung năng kênh dành cho trạm chuyển tiếp nhỏ hơn C/2, do vậy nó không thể chuyển tiếp tất cả các gói nhận được Các gói khi đó sẽ được đưa vào hàng đợi của trạm này, và lượng lúc đó sẽ giầm xuống nhò hơn C/2 Bời vậy, lưu lượng phụ thuộc vào tốc độ chuyền tiếp cùa trạm relay, sẽ nhỏ hơn lưu lượng lớn nhất như trên dã nói.

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

Rõ ràng rằng, với các nút nguồn có tốc độ gửi cao, trạm relay bị nghẽn cồ chai, và lưu lượng mạng giảm B ởi vậy, để tối đa 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 đa nguồn (m ultiso u rce ), còn đối với mạng chuỗi thì sao Chúng ta sẽ phân tích nó ngay sau đây

Hinh 2.2: Mạng chuỗi đa nguồn

Mạng chuỗi là mạng đơn giản cùa mạng M uiti-hop Ad-hoc Trạm nguồn ờ đầu chuỗi - trạm Ị, và trạm đích ờ cuối chuỗi - trạm ᄀ Già sứ rằng bán kính truyền

NS-2), các trạm đặt cách nhau 200m Khi mạng có hai trạm: chặng đơn, và giả sử dải tần là 2Mbps, ứng dụng là CBR/ƯDP, gói 1500 bytes, các thông số còn lại trong Bảng 1, thi liru lượng khi đó là 1.7Mbps[4] Khi số trạm tăng lên 3 trạm chẳng hạn khi đó lưu lượng chi còn 1/3 lưu lượng cùa chặng đơn [4] Do đỏ 1/3 là

tỷ số lớn nhất mà mạng chuỗi có thể đạt được, số trạm tiếp tục tăng thi tỳ số lưu lượng chỉ còn %, 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 số lưu lượng chi còn 1/7 mà thôi

L u u ỉuong theo so tra m

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 chi còn là 0.25« 1.7/7

Luu luong theo luu luong ท

ร

Hình 2.4 Lưu lượng theo tài tốc độ mong muốn, với số hop là 8

thấy ngay rang, lưu lượng lớn nhất là 0.41 Mbps gần đúng băng 1.7/4 tương ứng với tỷ so lưu lượng 14 , và sẽ giảm nhận khi tốc độ mong muốn tăng cao, chi cỏn 0.25Mbps L ý do chính cùa sự giảm này là do sự tăng xung đột dữ liệu, và thời eian backoff.

Nhìn hinh 4, ta có nhận xét ngay rằng, tốc độ gửi, hay tốc độ mong muốn của các trạm trung gian cằn được giói hạn để dạt được lưu lượng cao nhất Khi điều này được dám bảo thì các trạm sẽ tranh chấp đường truyền một cách có hiệu quả hơn, đảm bảo sự ồn định trong lưu lượng mạng

Đó là những phân tích cùa ta về mạng M u lti-h o p và là cơ sờ để đề xuất ra phương pháp cân bằng tốc độ gửi và chuyển tiếp được đề cập trong phần sau đây

2.2 G iả i p h á p tốc độ câ n b ằ n g để c à i thiện lư u lư ợ n g b ã o hoà.

Trong phẩn này nhỏm nghiên cứu trình bày về kỹ thuật cân bằng tốc độ và cách áp dụng vào mạng M ulti-hop Ad-hoc

2.2.1 C ân b ằ n g tố c đ ộ [9]

Để có thể áp dụng lên trên mô hình đã tồn tại, ta giả sử rằng một kỹ thuật

re la y m ới mà nó cho phép nút chuyển tiếp quyết định nhận hoặc chuyển tiếp dữ liệu như thế nào để giữ cân băng hai tốc độ này L ý do đằng sau mô hình cân bằng

là trạm trung gian có thể đẩy hầu hết những gói nhận được, bởi vậy bằng cách giữ diều kiện này, trạm relay tranh chấp một cách có hiệu quả kênh, và ngăn ngừa bất

kỳ sự nghẽn nào xảy ra Tranh chấp hiệu quả khi cảm nhận có nghĩa là kênh dược chia một cách cân bằng cho những gói nhận và chuyển tiếp Độ hoàn thiện cao nhất đạt được khi trạm trung gian có thể đẩy tất cả các gói cần được chuyển tiếp Nghẽn sẽ không tồn tại khi điều kiện cân bằng đảm bảo rằng, hàng đợi dừ liệu tại trạm chuyển tiếp không tăng lên quá mức cho phép

Chúng ta đề xuất mô hình cân băng tốc độ để điều khiển tốc độ dữ liệu đến

và đi tại những trạm trung gian giữa nguồn và đích Tốc độ được tính toán tại lớp mạng, và nếu diều kiện cân bàng không đảm bào thì trạm re la y loại bỏ nhận những gói đến Gói tiếp tục được chấp nhận lại khi những gói trong hàng đợi được gửi đi