Nghiên cứu phương pháp cải tiến giao thức định tuyến AOMDV nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng manet​

MỞ ĐẦUĐược hình thành bởi các kết nối tạm thời giữa các nút mạng di độngkhông có sự hỗ trợ của cơ sở hạ tầng mạng cố định, mạng MANET có nhiềunhững đặc điểm khác biệt so với mạng không d

Hà Mạnh Huy

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AOMDV NHẰM ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2020

Hà Mạnh Huy

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AOMDV NHẰM ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG MANET

Ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 8480101

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐỖ ĐÌNH CƯỜNG

Thái Nguyên - 2020

phương pháp cải tiến giao thức định tuyến AOMDV nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng MANET” 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 giámhiệu, phòng Đào tạo, Khoa Công nghệ thông tin, các thầy giáo, cô giáo thuộcTrường 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 tôihoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã độngviên, 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 cóthể còn có những mặt hạn chế, thiếu sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đónggóp và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận vănđược hoàn thiện

Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2020

Học viên

Hà Mạnh Huy

CHƯƠNG 1 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG MANET 3

1.1 Tổng quan về mạng MANET 3

1.1.1 Định nghĩa mạng MANET 3

1.1.2 Đặc điểm của mạng MANET 4

1.1.3 Ứng dụng của mạng MANET 6

1.1.3.1 Ứng dụng trong quân đội 6

1.3.1.2 Các ứng dụng trong cuộc sống 7

1.3.1.3 Mạng cảm biến 8

1.3.1.4 Mạng Rooftop 9

1.3.1.5 Mở rộng phạm vi của điểm truy cập 10

1.2 Giao thức định tuyến đa đường AOMDV 10

1.2.1 Tổng quan về giao thức AOMDV 10

1.2.2 Vấn đề chống định tuyến lặp 12

1.2.3 Các đường tách biệt 14

1.2.4 Bảng định tuyến 20

1.2.5 Thuật toán cập nhật đường 21

1.2.6 Tiến trình khám phá đường 23

1.2.7 Cơ chế bảo trì đường 26

1.2.8 Cơ chế chuyển tiếp dữ liệu 26

1.3 Một số nghiên cứu cải tiến giao thức AOMDV 27

1.4 Tổng kết chương 1 29

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG MANET TRONG GIAO THỨC QCLR 31

2.1 Đề xuất ý tưởng cải tiến cho giao thức AOMDV 31

2.2 Xây dựng hàm lượng giá đường theo QoS 33

2.2.1 Phân lớp các ứng dụng theo yêu cầu QoS 33

3.2.2 Phương pháp ra quyết định chọn đường 33

2.3.1 Ước lượng thời gian trễ theo thời gian phục vụ 41

2.3.2 Ước lượng tỉ lệ lỗi frame của liên kết 45

2.4 Phát triển giao thức QCLR từ giao thức AOMDV 46

2.4.1 Xây dựng hàm lượng giá đường 46

2.4.2 Cơ chế định tuyến QoS 48

2.9 Tổng kết Chương 2 50

CHƯƠNG 3 KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 52

3.1 Kịch bản mô phỏng 52

3.2 Các độ đo đánh giá hiệu năng 53

3.3 Các kết quả và đánh giá 54

3.3.1 Độ trễ truyền gói tin trung bình 54

3.3.2 Thông lượng trung bình 56

3.3.3 Tỉ lệ truyền gói thành công 57

3.3.4 Tải định tuyến 59

3.3.5 Độ biến thiên trễ truyền gói tin 60

3.4 Tổng kết Chương 3 63

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

MỞ ĐẦU

Được hình thành bởi các kết nối tạm thời giữa các nút mạng di độngkhông có sự hỗ trợ của cơ sở hạ tầng mạng cố định, mạng MANET có nhiềunhững đặc điểm khác biệt so với mạng không dây và có dây truyền thống làmnảy sinh nhiều thách thức và các hướng nghiên cứu khác nhau Định tuyếntrong mạng MANET đã và đang là một vấn đề rất cần được quan tâm giảiquyết trong những nghiên cứu cải tiến hiệu năng mạng MANET

Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu được đề xuất nhằm cải tiến các giao thứcđịnh tuyến cho mạng MANET Có thể phân nhóm các nghiên cứu này theomục tiêu của chúng bao gồm: Tăng độ bền vững của đường được chọn, nângcao hiệu quả định tuyến, đảm bảo an ninh trong định tuyến, định tuyến hỗ trợQoS, định tuyến với cơ chế tiết kiệm năng lượng Trong từng ngữ cảnh triểnkhai mạng MANET với các yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến và sử dụnggiao thức định tuyến một cách phù hợp

Đối với vấn đề định tuyến hỗ trợ QoS, các giao thức định tuyến phải cókhả năng chọn đường phù hợp với yêu cầu QoS của dữ liệu cần truyền Tạimỗi nút mạng, các luồng dữ liệu có yêu cầu QoS khác nhau có thể truyền theocác con đường khác nhau Do các giao thức định tuyến đơn đường chỉ hỗ trợtìm một đường duy nhất sau tiến trình định tuyến nên không thể chọn đượccác đường khác nhau theo các luồng dữ liệu có yêu cầu QoS khác nhau Do

đó, các giao thức định tuyến đa đường là lựa chọn thích hợp để tích hợp cơchế định tuyến QoS

Các giao thức định tuyến đa đường có khả năng tìm và sử dụng nhiềuđường đồng thời từ một nút nguồn tới một nút đích Trong thời gian qua, đã cónhiều giao thức định tuyến đa đường được đề xuất Tuy nhiên trong các giaothức định tuyến đa đường đã được đề xuất này, vấn đề định tuyến theo yêu cầu

chất lượng dịch vụ của các lớp chương trình ứng dụng phân loại theo chuẩnITU-T G.1010 vẫn chưa được giải quyết.

Mục tiêu chính của đề tài này là nghiên cứu phương pháp cải tiến chogiao thức đa đường AOMDV trên cơ sở các đề xuất về phương pháp phân lớpcác ứng dụng theo yêu cầu chất lượng dịch vụ theo chuẩn ITU-T G1010,phương pháp tính trọng số cho các tham số chất lượng dịch vụ, kỹ thuật dựđoán chất lượng liên kết tại tầng MAC, phương pháp triển khai cải tiến giaothức AOMDV theo cách tiếp cận liên tầng đảm bảo yêu cầu QoS, kiểmnghiệm và đánh giá kết quả của các cải tiến đã đề xuất trên cơ sở mô phỏng

Luận văn có bố cục như sau: Sau phần mở đầu, Chương 1 của luận văn

là nội dung giới thiệu tổng quan về mạng MANET, giao thức định tuyến đađường AOMDV và một số kỹ thuật cải tiến giao thức định tuyến AOMDV.Chi tiết của phương pháp cải tiến giao thức định tuyến AOMDV nhằm đảmbảo chất lượng dịch vụ cho mạng MANET được trình bày trong Chương 2.Kết quả của các thực nghiệm nhằm kiểm nghiệm, đánh giá hiệu quả củaphương pháp cải tiến so với phương pháp ban đầu được trình bày trongChương 3 Cuối cùng là phần kết luận đưa ra những nội dung tổng kết vàhướng phát triển của luận văn

CHƯƠNG 1 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG MANET 1.1 Tổng quan về mạng MANET

1.1.1 Định nghĩa mạng MANET

Mạng ad hoc di động (MANET) [5] là một mạng được hình thành bởimột tập các nút (máy/thiết bị) không dây, di động mà không hề có bất cứ sựtrợ giúp nào của một trạm quản lý tập trung, một cơ sở hạ tầng truyền thông

có trước hoặc sự can thiệp của người dùng Việc truyền thông giữa các nútđược thực hiện nếu như hai nút là đủ gần nhau để trao đổi các gói tin

Hình 1.1 Ví dụ về một mạng MANET

Có thể hình dung mạng MANET như một đồ thị, trong đó các nút mạngđược biểu diễn bởi các đỉnh của đồ thị Nếu hai nút có thể truyền thông trựctiếp với nhau, liên kết đó được biểu diễn bởi đường nối giữa hai nút Đồ thịbiểu diễn này là một đồ thị tùy ý, có thể thay đổi hình dạng tại bất cứ thờiđiểm nào

Mạng MANET có thể là một mạng độc lập, hoặc cũng có thể được kếtnối với một mạng khác lớn hơn, ví dụ mạng Internet

Trong Hình 1.1 là một ví dụ về một mạng MANET gồm 7 nút Phạm vitruyền thông của mỗi nút được biểu diễn bằng một hình tròn Các nút nằm trongphạm vi truyền thông của nhau có thể truyền thông trực tiếp được với nhau.

Kết nối 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 Các tính chấtđặc trưng của kết nối trong mạng MANET bao gồm:

(1) Khoảng cách giữa các nút: Khoảng cách giữa các nút hoặc trạng thái ởgần nhau của chúng định nghĩa ranh giới mạng Chỉ cần hai hoặc nhiều nútchuyển 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 bảnchất đặc biệt (ad-hoc) của mạng

(2) Tính sẵn sàng hợp tác: (1) chỉ là điều kiện cần, chưa phải là điều kiện

đủ để thành lập mạng ad-hoc Các nút ở trong khoảng cách đủ gần phải sẵnsàng hợp tác để tạo thành mạng Nói cách khác, tự bản thân nút quyết định

“online” hay “offline”

(3) Mạng ngang hàng tạm thời: Tại bất cứ một thời điểm nào, mạng ad-hocđược 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 đượccoi là tạm thời Hơn nữa, do không có một cơ sở hạ tầng mạng cho trước, các núttrong mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-to-peer)

1.1.2 Đặc điểm của mạng MANET

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 độngvừa đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nênmạng ad hoc di động còn có một số đặc điểm nổi bật sau [4]:

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

 Chất lượng liên kết hạn chế: Các liên kết không dây thường có băng thôngnhỏ 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 liênkết không dây thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết củamôi trường truyền không dây

trúc của loại mạng này cũng thường xuyên thay đổi một cách ngẫu nhiên ở những thờiđiểm không xác định trước Trong khi thay đổi, cấu trúc của mạng có thêm hoặc mất

đi các kết nối hai chiều hoặc kết nối một chiều

động về mặt vật lý từ các nguồn gây nguy hại về an ninh nhiều hơn so với mạng códây Về khía cạnh vật lý, các kỹ thuật gây mất an ninh và bảo mật trong mạng nhưnghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ thường dễ triển khai trong mạng ad ho

di động hơn là trong mạng có dây truyền thống

Có thể thấy những đặc điểm này là các yếu tố ảnh hưởng rất nhiều đếnhiệu năng của mạng ad hoc di động Để có thể triển khai được mạng ad hoc diđộng trong thực tế, các thiết kế mạng phải giải quyết được những thách thức sinh

ra do những đặc điểm đã nêu trên của mạng Những thách thức này gồm các vấn

đề kỹ thuật như khả năng truyền dữ liệu và định tuyến hiệu quả khi kích thướcmạng thay đổi; đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các chương trình ứngdụng; cơ chế chuyển đổi một số dịch vụ từ mô hình client-server; tiết

kiệm năng lượng pin để kéo dài thời gian hoạt động của các nút mạng riêng lẻ

và của toàn mạng; đảm bảo an ninh mạng; khả năng hợp tác giữa các nútmạng và khả năng tự tổ chức của mạng;

1.1.3 Ứng dụng của mạng MANET

Các công nghệ của mạng không dây kiểu không cấu trúc đem lại rấtnhiều lợi ích so với các mạng truyền thống (cả không dây và có dây) trongnhững ngữ cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố địnhhoặc việc triển khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địahình,…) hoặc do những lý do về kinh tế (chi phí cáp trong một không gianlớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập) Phần dưới đây sẽ giới thiệu cácứng dụng của mạng MANET

1.1.3.1 Ứng dụng trong quân đội

Những thành tựu mới của công nghệ thông tin thường được áp dụng trongquân sự đầu tiên, và mạng không dây kiểu không cấu trúc cũng không phải làmột 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

Giải pháp mạng MANET cho quân đội có những đặc điểm khác so vớimạng MANET thuần túy [1]

Mạng MANET thuần túy thường tuân theo một mô hình điểm ngẫunhiên, các nút tự do di chuyển theo bất cứ hướng nào, với bất cứ tốc độ nào.Trong mô hình mạng MANET 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 Hình 1.2 minh hoạ sự khác nhau về mô hình diđộng của mạng MANET thuần tuý và mạng MANET trong quân đội

Mạng MANET thuần túy Mạng MANET quân đội

Hình 1.2 Mô hình di động mạng MANET thuần túy và mạng MANET quân

đội

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

đề của mạng MANET sẽ trở nên cụ thể hơn (ví dụ: định tuyến, sử dụng cácứng dụng thời gian thực như tiếng nói, video,…), cho phép phát triển một giảipháp tối ưu

1 1.3.2 Các ứng dụng trong cuộc sống

Mạng MANET là 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 thờinhằm 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 hạtầng về thông tin vững chắc Hệ thống có trước đó rất có thể bị hỏng hoặc bịphá 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,… đềuđược 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 đầucuối 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 vànhận thông tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin – đóng vai trò như routertrên Internet.

Đối với ứng dụng trong hội thảo, khác với cách làm truyền thống khinhững người tham gia hội thảo muốn chia sẻ tài liệu cho nhau là gửi file đínhkèm qua email hoặc sao chép qua các thiết bị lưu trữ thứ cấp có khả năng diđộng, 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 thểtruyền 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

Mạng MANET cũng có thể ứng dụng trong cuộc sống Chẳng hạn nhưmạng động được hình thành từ hai thiết bị cầm tay thông minh của các emhọc sinh để chơi game Môi trường mạng ở đây là một mạng không dây kiểukhông cấu trúc thuần túy, tức là không có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bịđầu 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: một mạng riêng giữa emhọc sinh và bạn của em, một mạng “chung” được khởi tạo bởi người muốnchia sẻ các chương trình trò chơi điện tử trên máy của anh ta Hai mạng nàyđược trộn lẫn vào nhau một cách linh động

1.3.1.3 Mạng cảm biến

Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm nănglượng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ Mạng cảm biến làmạng gồm các nút cảm biến (sensor) – các nút này hợp tác với nhau để cùngthực 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 cảmbiến được kết nối bằng cáp tới một trạm xử lý tập trung Ngày nay, các nútmạng cảm biến thường là không dây, phân tán để vượt qua các trở ngại vật lýcủa 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 nútmới được thêm vào,…), mạng cảm biến phải tự thích nghi với những thay đổi này

1.3.1.4 Mạng Rooftop

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

1.3.1.5 Mở rộng phạm vi của điểm truy cập

Trong các mạng không dây được sử dụng rộng rãi ngày nay, các nútmạng di động được kết nối với các điểm truy cập theo cấu hình hình sao Đểđược kết nối vào mạng, người sử dụng phải ở trong phạm vi truy cập củamạng 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 bộvùng, bao phủ khắp những nơi muốn kết nối với nhau

Sử dụng mạng không dây kiểu không cấu trúc, nhu cầu cần các điểmtruy cập sẽ giảm – người sử dụng bên ngoài phạm vi truy cập sẽ vẫn có thểđược “tiếp sóng” thông qua một hoặc nhiều nút trung gian để truy cập đượcvào mạng

1.2 Giao thức định tuyến đa đường AOMDV

1.2.1 Tổng quan về giao thức AOMDV

Giao thức AOMDV [7] là giao thức định tuyến đa đường theo yêu cầudạng vectơ khoảng cách được thiết kế dành cho mạng MANET Nó được phát

triển từ giao thức AODV trên cơ sở chia sẻ một số đặc điểm với giao thứcAODV Nó dựa trên khái niệm vectơ khoảng cách và sử dụng phương phápđịnh tuyến từng chặng Hơn nữa, giao thức AOMDV cũng tìm thấy các đườngtheo yêu cầu bằng cách sử dụng tiến trình khám phá đường Sự khác biệtchính giữa hai giao thức này nằm ở số lượng đường tìm được sau mỗi tiếntrình khám phá tuyến Trong giao thức AOMDV, việc truyền gói RREQ từnguồn tới đích sẽ thiết lập nhiều đường dẫn ngược ở cả các nút trung giancũng như nút đích Nhiều gói RREP đi qua các đường nghịch hướng về nútnguồn để tạo thành nhiều đường thuận đến đích tại các nút nguồn và nút trunggian Giao thức AOMDV cũng cung cấp cho các nút trung gian các đường dựphòng nhằm làm giảm tần suất khám phá đường.

Vấn đề trọng tâm của giao thức AOMDV là vấn đề đảm bảo phát hiệnđược nhiều đường không lặp và phân tách trong tiến trình tìm đường hiệu quảbằng cách sử dụng tiến trình khám phá đường dựa vào kỹ thuật “làm ngậptràn” (flooding) Các quy tắc cập nhật đường của giao thức AOMDV được ápdụng cục bộ tại mỗi nút đóng vai trò chính trong việc duy trì các đường khônglặp và phân tách Các nội dung được trình bày trong chương này là các ýtưởng chính để đạt được hai thuộc tính này Các phần tiếp sẽ trình bày cáchđưa những ý tưởng đó vào giao thức AOMDV bao gồm mô tả chi tiết các quytắc cập nhật đường tại mỗi nút và tiến trình khám phá đa đường

Đề xuất thiết kế giao thức AOMDV tái sử dụng nhiều nhất có thể nhữngthông tin định tuyến đã có sẵn trong giao thức AODV Do đó, nó hạn chế chiphí phát sinh trong việc khám phá nhiều đường Đặc biệt, nó không sử dụngthêm bất kỳ gói điều khiển đặc biệt nào Trên thực tế, các gói RREP và RERR

bổ sung để phát hiện và bảo trì đa đường cùng với một vài trường bổ sungtrong các gói điều khiển định tuyến (RREQ, RREP và RERR) là chi phí bổsung duy nhất trong giao thức AOMDV so với giao thức AODV

1.2.2 Vấn đề chống định tuyến lặp

Các quy tắc cập nhật tuyến của giao thức AODV giới hạn một nút chỉtìm được tối đa một đường cho mỗi đích Do đó, cần thiết phải sửa đổi cácquy tắc cập nhật đường này để tại mỗi nút có nhiều hơn một đường cho mỗiđích Tuy nhiên, những sửa đổi này cần được thực hiện để đảm bảo vấn đềtránh định tuyến lặp Có hai vấn đề phát sinh khi tính toán nhiều đường dẫnkhông lặp tại một nút cho một đích Một là, mỗi nút sẽ chọn đường nào trongnhiều đường để cung cấp hoặc quảng bá cho các nút khác? Do mỗi tuyếnđường có thể có số chặng khác nhau nên việc lựa chọn một đường bất kỳ cóthể tạo thành các đường lặp vòng Hai là, một nút khi nhận được quảng báđường có chấp nhận đường nhận được hay không? Việc chấp nhận tất cả cáccon đường có thể gây ra hiện tượng định tuyến lặp

Hình 1.4 minh họa vấn đề đường lặp vòng bằng các ví dụ đơn giản TrongHình 1.4(a), nút D là đích và nút I có hai đường đến D - một đường 5 chặng quanút M (I –M –N –O–P –D) và một đường một chặng trực tiếp (I - D) Giả sửtuyến đường (I –M –N –O–P –D) được quảng bá đến nút J và tiếp theo tuyếnđường (I – D) được quảng bá đến nút K Sau đó, cả J và K đều có đường đến nút

D qua nút I, nhưng mỗi tuyến đường đều có chặng khác nhau Nếu sau đó nút Inhận được một đường 4 chặng đến đích D từ nút L (L–K–I–D), nút I sẽ khôngthể xác định được L là nút trước hay nút sau nó trên con đường tới đích

hình thành một tuyến đường tới nút đích D thông qua nút L làm dẫn đến một vònglặp Tình huống như vậy xảy ra do một nút (ở đây là nút I) quảng bá một

đường ngắn hơn (I - D) trong khi nó đã có một đường dự phòng dài hơn (I –M–N –O–P –D)

Hình 1.4 Ví dụ về các trường hợp có thể xảy ra định tuyến lặp

Hình 1.4(b) cho thấy một tình huống tiềm năng khác xảy ra lặp vòng.Trong đó nút D là đích Nút J có đường dẫn 3 chặng đến nút D thông qua nút(J–K–I–D) Nút L cũng có một đường 3 chặng đến nút D thông qua nút M (L

- M - N - D) Giả sử nút I nhận được một đường dẫn 4 chặng đến nút D từ nút

L Trong trường hợp này, nút I không thể xác định được liệu nút L có phải lànút đứng trước hay không bởi vì nút J cũng có thể cung cấp một con đường 4chặng tới nút D Do đó, việc một nút chấp nhận một đường dài hơn sau khi nó

đã quảng bá một đường ngắn hơn tới các nút láng giềng cũng có thể gây rađịnh tuyến lặp

Tập các điều kiện chống định tuyến lặp đã được xây dựng cho giao thứcAODV được phát biểu như sau:

giá trị cao nhất Tại mỗi nút, nhiều tuyến đường có cùng số thứ tự đích đượcduy trì Với quy tắc này, tính chất không lặp vòng của các tuyến đường có thểđạt được tương tự như giao thức AODV Khi một nút nhận được quảng báđường chứa số thứ tự đích cao hơn, tất cả các đường có số thứ tự cũ hơn tớiđích tương ứng sẽ bị loại bỏ Tuy nhiên, các nút khác nhau (trên cùng mộttuyến đường) có thể có các số thứ tự khác nhau cho cùng một đích

(ii) Đối với cùng một số thứ tự đích,

(a) Quy tắc quảng bá đường: Không quảng bá đường ngắn hơn đường

đã được quảng bá trước đó

(b) Quy tắc nhận đường: Không nhận đường dài hơn đường đã được quảng bá trước đó

Để duy trì nhiều đường cho cùng một số thứ tự, giao thức AOMDV sửdụng khái niệm “số chặng được quảng bá” Mỗi nút duy trì một biến gọi là sốchặng được quảng bá cho mỗi đích Biến này được thiết lập giá trị bằng độ dàicủa đường (tính theo số chặng) dài nhất tại thời điểm quảng bá đầu tiên chomột số thứ tự đích cụ thể Số lượng chặng được quảng bá không thay đổi chođến khi số thứ tự đích thay đổi Việc quảng bá độ dài đường dài nhất cho phép

có nhiều hơn các đường thay thế được duy trì

1.2.3 Các đường tách biệt

Bên cạnh việc duy trì nhiều đường không lặp vòng, giao thức AOMDVcòn có khả năng tìm các đường dự phòng không giao nhau Với mục đích cảithiện khả năng chịu lỗi bằng nhiều đường thì các đường tách biệt là một lựachọn tự nhiên để chọn một tập con các đường dự phòng hiệu quả từ một tậplớn các đường tiềm năng vì khả năng lỗi dây chuyền và đồng thời của cácđường trong tập này nhỏ hơn so với tập các đường có giao cắt Có hai loạiđường tách biệt được xem xét là đường tách biệt theo liên kết và đường táchbiệt theo nút Đường tách biệt theo liên kết là tập hợp các đường không cóliên kết chung giữa một cặp nút, trong khi đó, đường tách biệt theo nút còncòn thêm điều kiện là không có nút giao nhau

Không giống như vấn đề đường tách biệt trong lý thuyết đồ thị và tài liệu,khái niệm không giao ở đây chỉ giới hạn ở một cặp nút và không xem xét đến

tính không giao giữa các cặp nút khác Cụ thể là cần đảm bảo mọi con đường

có thể đi được từ một nút P bất kỳ tới một nút đích D là không giao nhau.Điều này có nghĩa là không nhất thiết tất cả các đường đi trong mạng dẫn đếnnút D đều phải là đường tách biệt Sự khác biệt này được minh họa bằng một

ví dụ trong Hình 1.5 Giới hạn đường tách biệt ở trên là đủ khi nhìn từ góc độ

về khả năng chịu lỗi và thực tế được sử dụng trong hầu hết các giao thức địnhtuyến đa đường khác nhau

B A

E

F

Hình 1.5 Ví dụ về các đường giao nhau

Trong Hình 1.5, các đường được duy trì tại các nút khác nhau đến đích

có thể giao nhau Ở đây D là đích đến Nút A có hai đường dẫn không giaonhau đến nút D là A–B–D và A–C–D Tương tự, nút E có hai đường tách biệtđến nút D là E–C–D và E–F–D Tuy nhiên, các và A–C–D và E–C–D lại giaonhau khi chúng chia sẻ một liên kết C–D

Trong việc tìm kiếm các đường tách biệt, lực lượng hoặc độ dài của cácđường dự phòng không được tối ưu hóa một cách rõ ràng Trên thực tế, số lượng

và chất lượng của các đường tách biệt được giao thức AOMDV phát hiện phầnlớn được xác định qua tiến trình khám phá đường Tuy nhiên, có thể kiểm soátcác thuộc tính này bằng cách đặt giới hạn về số lượng và độ dài của các đường

dự phòng được duy trì tại mỗi nút Đây là cách tiếp cận hợp lý vì tính chất tồn tạitrong thời gian ngắn của các đường trong mạng ad hoc di động và việc tính

toán tối ưu cho các đường dự phòng không giao nhau phải sẽ phải chịu chi phícao hơn.

Trong các thuật toán định tuyến phân tán của loại vectơ khoảng cách, mộtnút sẽ hình thành từng bước các đường đến đích dựa trên các đường thu được từcác nút láng giềng hướng đích Vì vậy, việc tìm một tập hợp các đường tách biệttheo liên kết tại một nút được xem là một quá trình gồm hai bước: (1) xác địnhmột tập các nút láng giềng hướng đích có các đường tách biệt đến đích;

(2) hình thành chính xác từng con đường qua mỗi nút láng giềng hướng đích.Lưu ý rằng bước thứ hai là đương nhiên được thực hiện khi mỗi nút chỉ cần

đảm bảo rằng mọi đường của nó chặng kế tiếp là duy nhất Đây là một hoạtđộng được thực hiện cục bộ tại mỗi nút Tuy nhiên, để thực hiện được bướcđầu tiên, mỗi nút cần có thông tin về một số hoặc tất cả các nút hướng đíchtrên mỗi tuyến đường

Trong giao thức vectơ khoảng cách thông thường (bao gồm giao thứcAODV), một nút chỉ theo dõi chặng kế tiếp và khoảng cách qua chặng kế tiếpcho mỗi con đường Sự giới hạn thông tin trong một chặng này không đủ để mộtnút xác định liệu hai con đường thu được từ hai nút láng giềng khác nhau có thực

sự là các đường tách biệt hay không (Hình 1.6) Vì vậy, cần bổ sung thông tincho mỗi con đường để kiểm tra tính chất không giao theo liên kết Giao thứcđịnh tuyến nguồn có khả năng duy trì thông tin đầy đủ mọi con đường đầy đủ tạimỗi nút Trong trường hợp như vậy, việc kiểm tra tính không giao theo liên kết

sẽ trở thành đơn giản Tuy nhiên, giải pháp này có chi phí cao về việc truyềnthông và duy trì thông tin đầy đủ của đường tại mỗi nút

B

Hình 1.6 Ví dụ về việc hình thành các đường giao nhau theo liên kết

Trong Hình 1.6, thông tin về chặng kế tiếp là không đủ để đảm bảo tínhkhông giao theo liên kết của các con đường Ở đây D là đích Nút A có một conđường qua I đến D (A-I–D) Tương tự, nút B cũng có một con đường qua I đến

D (B-I-D) Nút P chỉ biết về các chặng kế tiếp A và B mà không thể xác địnhliệu các đường từ A và B đến D (lần lượt là A-I-D và B-I-D) có giao nhau haykhông Vì vậy, nếu P tạo các con đường qua A và B thì tập hợp các đường dẫn từ P

sẽ giao nhau mặc dù các chặng kế tiếp (A và B) là khác biệt

Một cơ chế không yêu cầu thông tin đầy đủ về con đường tại mỗi nút được

đề xuất ở đây Đề xuất này vẫn đảm bảo tính không giao theo liên kết Cụ thể là

cơ chế được đề xuất yêu cầu duy trì thêm thông tin về chặng cuối cùng cho mọicon đường (ngoài thông tin về chặng kế tiếp) Chặng cuối cùng của một conđường từ nút P đến đích D chính là nút ngay trước nút D trên đường đó Đối vớiđường một chặng, chặng kế tiếp là nút D và chặng cuối cùng chính là nút P Đốivới con đường hai chặng, chặng kế tiếp chính là chặng cuối cùng

Quan sát đơn giản sau đây là cơ sở của đề xuất này để tìm các đường táchbiệt theo liên kết: Nếu có hai con đường từ nút P đến đích D là không giao nhautheo liên kết thì chúng phải có các chặng kế tiếp duy nhất cũng như các chặngcuối cùng duy nhất Điều ngược lại của quan sát này không nhất thiết đúng Tuynhiên, phát biểu ngược lại là đúng khi bổ sung một điều kiện: mỗi nút trên

đường đảm bảo rằng tất cả các đường đi đến đích từ nút đó khác nhau vềchặng kế tiếp và chặng cuối cùng của chúng (Hình 1.7) Đây là cơ sở để xácđịnh xem hai con đường qua hai nút láng giềng khác nhau hướng đích bị giaonhau theo liên kết hay không Chúng sẽ là các đường tách biệt theo liên kếtkhi có chặng cuối cùng khác nhau.

Hình 1.7 minh họa ý tưởng xác định các đường tách biệt theo liên kết.Đối với Hình 1.7(a), hai con đường từ nút P đến nút D thỏa mãn điều kiệnchặng các chặng kế tiếp và chặng cuối cùng khác nhau nhưng đây vẫn là haiđường giao nhau theo liên kết vì nút trung gian I không thỏa mãn điều kiện.Nếu tất cả các nút trên mọi đường thỏa mãn điều kiện thì các đường sẽ khônggiao nhau theo liên kết Trong trường hợp này, Hình 1.7(b) chỉ có một đườngđược thỏa mãn Tuy nhiên, Hình 2.4(c) có hai đường thỏa mãn điều kiệnkhông giao nhau theo liên kết

Để thực hiện ý tưởng tìm đường tách biệt theo liên kết như trên, cần duytrì thông tin về chặng cuối cùng cho mọi con đường trong bảng định tuyến.Các gói RREQ và RREP trong giao thức AOMDV cũng phải mang thông tin

về chặng cuối cùng Lưu ý rằng chặng cuối cùng trên tuyến sẽ thực sự làchặng đầu tiên được thực hiện bởi các gói định tuyến này Hoạt động chi tiếtcủa giao thức được mô tả trong phần tiếp theo

Hình 1.8 minh họa vai trò quan trọng của thông tin về chặng cuối cùng

và Hình 1.9 minh họa việc xác định các đường tách biệt theo liên kết

Hình 1.8 Vai trò của chặng cuối cùng

Trong Hình 1.8, nút D là đích đến, nút J có 2 đường tách biệt theo liên kếtđến nút D qua nút X và nút Y Vì một nút không thể có hai đường dẫn có cùngchặng kế tiếp nên nút I sẽ chỉ tạo thành một đường qua nút J với chặng cuối cùng

là X hoặc Y Giả sử nút I tạo một đường qua J với X là chặng cuối cùng; điềunày sẽ ngăn cản việc truyền đường qua nút Y nút đứng trước nó theo chiềungược về phía nút nguồn Khi nút I quảng bá đường của nó tới nút D với chặngcuối cùng là nút X đến các nút A và B đứng trước nó, mỗi nút này sẽ tạo thànhmột đường qua nút I với chặng cuối cùng là nút X Nút P xác định rằng cácđường từ nút A và nút B đến nút D không phải là các đường tách biệt theo liênkết vì chúng có cùng chặng cuối X Do đó, P chỉ tạo một đường tới đích D

Trong Hình 1.9, nút D là đích đến, nút I xác định rằng 2 đường X - D và

Y - D là 2 đường tách biệt theo liên kết vì nút X và nút Y là hai nút láng giềngphân biệt của nút D Vì vậy, nút I tiếp tục tạo 2 đường dẫn không giao theo liên kếtđến nút D qua nút X và nút Y Giả sử nút I quảng bá các đường qua nút X và nút Ytương ứng đến nút A và nút B Lưu ý rằng mỗi quảng bá đường chứa thông tin vềchặng cuối cùng của đường được quảng bá Sau đó, các đường từ nút A và nút Bđến nút D các đường tách biệt theo liên kết vì chúng có các chặng cuối cùng phânbiệt (X và Y) Tiếp theo, nút P có thể tạo 2 đường tách biệt theo liên kết đến nút Dqua nút A và nút B

destination sequence number hop count next hop timeout

(a) AODV

(b) AOMDV

Hình 1.10 Cấu trúc entry bảng định tuyến của giao thức AODV và AOMDV

1.2.5 Thuật toán cập nhật đường

Xét một nút đích d và một nút i Bất cứ khi nào nút i cập nhật số thứ tự đích cho

d, số chặng được quảng bá tương ứng sẽ được khởi tạo Cho trước một số thứ tự đích,

đặt ℎ _ là số chặng của con đường thứ k trong entry bảng định tuyến cho đích d tại

nút i Như vậy là ( _ℎ , _ℎ , ℎ _ ) ∈ _ Khi nút i chuẩn bị gửi quảng bá

đường cho đích d, nó sẽ cập nhật số chặng được quảng bá như sau:

max {ℎ _}, ≠

i = d

0,

Bất cứ khi nào một nút nhận được một quảng bá đường, nó sẽ áp dụng các quy tắc cập

nhật đường của giao thức AOMDV được liệt kê trong Thuật toán 1 Trong thuật toán này, nút i

gọi áp dụng các quy tắc này mỗi khi nó nhận được một quảng bá đường cho nút đích d từ một

nút láng giềng j Các biến q_num , _ℎ _ , và _ tương ứng là chặng kế tiếp, số chặng được

quảng bá và danh sách đường cho đích d tại nút i (i # d) Các biến _ℎ và _ℎ biểu diễn giá

trị tương ứng của chặng kế tiếp và chặng cuối cùng của con đường thứ k trong entry bảng định

tuyến cho

đích d tại nút i Các dòng (1) và (10) trong Thuật toán 1 đảm bảo tính không

lặp vòng, trong khi các dòng (12) và (15) kiểm tra tính tách biệt theo liên kết

1.2.6 Tiến trình khám phá đường

Trong giao thức AODV, khi một nút nguồn có lưu lượng dữ liệu cầnmột con đường để truyền tới đích, nút nguồn sẽ bắt đầu quá trình khám pháđường bằng cách tạo gói RREQ Vì RREQ được truyền kiểu quảng bá ngậptoàn mạng, một nút trong mạng có thể nhận được một vài bản sao của cùngmột gói RREQ Chỉ bản sao đầu tiên của gói RREQ được sử dụng để tạo cácđường dự phòng ngược hướng nguồn Các bản sao đến sau đơn giản sẽ bị loại

bỏ Cần lưu ý rằng một số bản sao này có thể được sử dụng một cách hữu ích

để tạo thành các đường ngược hướng tới nguồn Vì vậy, tất cả các bản saotrùng lặp được giao thức AOMDV kiểm tra để phục vụ cho mục đích tạo racác đường dự phòng ngược hướng nguồn Tuy nhiên, các đường ngược hướngnguồn chỉ được hình thành bằng các bản sao đảm bảo tính không lặp vòng vàkhông giao cho các con đường Điều này được xác nhận bằng cách áp dụngcác quy tắc cập nhật tuyến đường trong Thuật toán 1

Khi một nút trung gian nhận được một đường ngược qua bản sao góiRREQ, nó sẽ kiểm tra xem có một hay nhiều đường thuận hợp lệ hướng đíchhay không Nếu có, nút này sẽ tạo một gói RREP và gửi nó trở lại nút nguồndọc theo đường ngược Gói RREP chứa một đường thuận chưa được sử dụngtrong bất kỳ gói RREP nào trước đây cho tiến trình khám phá đường này.Trong trường hợp này, nút trung gian không chuyển tiếp gói RREQ nữa.Trường hợp ngược lại, khi nút trung gian không có bất cứ đường hợp lệ nàotới đích, nó sẽ quảng bá lại bản sao gói RREQ nếu trước đó nó chưa chuyểntiếp bất kỳ bản sao nào của gói RREQ này và bản sao này dẫn đến hoạt độnghình thành / cập nhật đường ngược

Khi nút đích nhận được các bản sao RREQ, nó cũng tạo thành các đườngdẫn ngược theo cách tương tự như các nút trung gian Tuy nhiên, nó áp dụng

một chính sách lỏng hơn để tạo gói RREP Cụ thể là, nút đích tạo ra gói RREP

để trả lời đường cho mọi bản sao gói RREQ đến nó qua đường không không lặpđến nút nguồn mặc dù khi tạo ra các đường ngược, nút đích chỉ sử dụng các bảnsao gói RREQ đến qua các đường không lặp và không giao từ nút nguồn Lý do

ẩn sau việc áp dụng chính sách tạo gói RREP lỏng hơn tại nút đích là như sau:Đối với cơ chế quảng bá gói RREQ kiểu ngập tràn toàn mạng, mỗi nút chỉ quảng

bá cục bộ gói RREQ một lần, triệt tiêu các bản sao gói RREQ tại các nút trunggian và nhân bản các gói RREQ khác Hình 1.11 cho thấy một ví dụ, trong đónút I nhân bản bản sao gói RREQ đi qua nút A và triệt tiêu bản sao gói RREQ điqua nút B Kết quả là, nhiều đường tách biệt có thể bị liên kết lại tại các nút trunggian và xuất hiện dưới dạng một đường duy nhất tại đích Như vậy, nút đích D sẽchỉ biết về đường S-A-I-X-D nhưng không biết về đường S-B-I-Y-D Vấn đề nàyđược gọi là vấn đề “cắt tuyến” (route cutoff) Rõ ràng, vấn đề cắt đường ngănchặn việc khám phá ra tất cả các đường ngược không giao nhau Điều này dẫnđến sự giới hạn về số lượng các đường thuận hướng đích không giao nhau đượctìm thấy tại nút nguồn nếu nút đích chỉ gửi gói RREP theo các đường dẫn ngược

Do đó, nút đích được cho gửi lại gói RREP theo từng đường dẫn ngược khônglặp mặc dù đây chưa chắc đã là đường tách biệt với các đường ngược được thiếtlập trước đó Các RREP bổ sung như vậy làm giảm bớt vấn đề cắt tuyến và tăngkhả năng tìm thấy các đường thuận hướng đích Cần lưu ý rằng các gói RREP bổsung này không yêu cầu các nút trung gian và nút nguồn phải thực hiện thêm bất

kỳ hành động đặc biệt nào khác nhằm đảm bảo tính không giao cho các đường

dự phòng tìm được vì các quy tắc trong Thuật toán 1 vẫn được áp dụng độc lậptại mỗi nút

Hình 1.11 Tiến trình quảng bá RREQ của AOMDV

Khi một nút trung gian nhận được gói RREP, nó tuân theo các quy tắc

cập nhật đường trong Thuật toán 1 để có thể tạo thành một đường dẫn không

lặp và không giao tới đích Ngược lại, gói RREP sẽ bị hủy bỏ Giả sử một nút

trung gian tạo thành đường thuận hướng đích và nó có một hoặc nhiều đường

dẫn nghịch hợp lệ hướng nguồn, nó sẽ kiểm tra xem có đường nghịch nào

trước đó chưa được sử dụng để gửi gói RREP trong tiến trình khám phá

đường này Nếu có, nó chọn đường nghịch này để chuyển tiếp gói RREP

Ngược lại nút trung gian sẽ hủy bỏ gói RREP Việc chọn một đường dẫn

nghịch duy nhất để chuyển tiếp RREP theo một đường dẫn ngược duy nhất

không phải là việc nhân bản nó tới tất cả các đường dẫn nghịch hiện có, do đó

không làm ảnh hưởng đến độ trễ khám phá đường của giao thức AOMDV

Điều này là do độ trễ của tiến trình khám phá đường được đo bằng thời gian

chờ trước khi nút nguồn nhận được con đường đầu tiên và các gói RREP

trong giao thức AOMDV (cũng như trong giao thức AODV) sử dụng cơ chế

truyền unicast tin cậy của tầng MAC trên cơ sở ARQ Nói cách khác, nếu

thực hiện việc nhận bản gói RREP tại các nút trung gian sẽ gây ra vấn đề cắt

1.2.7 Cơ chế bảo trì đường

Tiến trình bảo trì đường trong giao thức AOMDV được phát triển từ tiếntrình bảo trì đường của giao thức AODV với những thay đổi rất đơn giản Cũnggiống như giao thức AODV, giao thức AOMDV sử dụng các gói RERR Một núttạo hoặc chuyển tiếp gói RERR khi đường cuối cùng đến đích bị phá vỡ Giaothức AOMDV cũng đã được tối ưu để cứu các gói theo kế hoạch sẽ được chuyểntiếp qua các liên kết lỗi bằng cách chuyển tiếp chúng qua các đường dự phòng.Điều này tương tự như cơ chế cứu gói như trong giao thức DSR

Cơ chế timeout (thời gian chờ hết hiệu lực) được mở rộng từ một đườngđơn tới đa đường mặc dù vấn đề đặt giá trị timeout thích hợp trong giao thứcAOMDV khó khăn hơn so với giao thức AODV Khi có nhiều đường cùnghướng tới một đích, sẽ có nhiều khả năng xảy ra việc tồn tại các con đường cóthông tin đã cũ và không còn chính xác với topo mạng hiện tại Tuy nhiên,nếu sử dụng các giá trị timeout rất nhỏ để loại bỏ các đường cũ có thể làmgiảm lợi ích của việc sử dụng nhiều đường Khi cài đặt giao thức AOMDV,nên sử dụng các giá trị timeout có độ lớn trung bình và sử dụng thêm các góiHELLO để chủ động xóa các đường cũ Do đó, timeout trong phiên bản hiệntại của giao thức AOMDV chủ yếu đóng vai trò là một cơ chế mềm để xử lýcác sự kiện không lường trước chẳng hạn như bảng định tuyến bị hủy Cơ chếlựa chọn thời gian timeout thích hợp để xóa đường cũ trong giao thức DSR đãđược đề xuất áp dụng cho giao thức AOMDV với một số thay đổi Cũng cóthể lựa chọn thời gian chờ trên cơ sở đặc tính phân tích đặc tính theo hành vicủa liên kết trong mạng không dây phi cấu trúc

1.2.8 Cơ chế chuyển tiếp dữ liệu

Tại một nút có nhiều đường đến cùng một đích, khi có dữ liệu cần chuyểntiếp, giao thức AOMDV chỉ sử dụng một đường để chyển tiếp dữ liệu cho đến

khi đường này bị lỗi và sau đó mới chuyển sang một đường dẫn khác Thứ tự

sử dụng các đường theo thứ tự được tạo ra trong bảng định tuyến tại nút đó

Có những lựa chọn khác để chuyển tiếp dữ liệu bằng cách sử dụng đồngthời tất cả các đường Mặc dù đây không phải là cơ chế chuyển tiếp dữ liệuđược sử dụng trong giao thức AOMDV, các cơ chế này vẫn được trình bày ởđây để có được một cách nhìn hoàn thiện hơn về cơ chế chuyển tiếp dữ liệu.Với cơ chế ‘diversity coding’, header của mỗi gói dữ liệu được bổ sung mộttrường mã gói mã hóa; các gói được mã hóa được truyền theo các đường khácnhau Cơ chế này có thể cải thiện xác suất phân phối gói trong các mạng adhoc có tần suất di động lớn và cũng có thể được sử dụng theo cách chọn lọc

để đảm bảo phân phối các gói tin quan trọng

Trong các tiếp cận phân phối dữ liệu theo hướng cân bằng tải, các conđường dự phòng được sử dụng đồng thời để phân phối dữ liệu, do đó cải thiệnmức độ sử dụng mạng và độ trễ đầu cuối

1.3 Một số nghiên cứu cải tiến giao thức AOMDV

Đã có một số cải tiến giao thức AOMDV được đề xuất

Giao thức BSAOMDV [2] được cải tiến từ giao thức AOMDV trên cơ sở

sử dụng cách khai thác thông tin định tuyến xuyên tầng để ước lượng độ bềnvững và độ nhạy cảm với trễ của các con đường Gói tin RREQ được bổ sungthêm trường biểu diễn giá trị cường độ tín hiệu và thời gian trễ khi truyền góitính từ nút phát sinh gói Cường độ tín hiệu được ước lượng theo mô hìnhTwoRayGround và thời gian trễ được cập nhật theo từng chặng gói tin RREQ điqua Tại mỗi nút trung gian nhận và chuyển tiếp gói RREQ và RREP, nếu cường

độ tín hiệu và thời gian trễ khi truyền gói tin tính từ nút sinh ra gói lớn hơnngưỡng xác định trước, gói tin sẽ được chuyển tiếp Ngược lại, nút trung gian sẽhủy bỏ gói tin Các giá trị này sau đó được sử dụng để chọn đường theo

yêu cầu QoS của các luồng dữ liệu Đánh giá hiệu năng của hai giao thứcđược thực hiện trên NS2 cho thấy giao thức BSAOMDV có tỉ lệ truyền góithành công và thông lượng cao hơn giao thức AOMDV.

Đề xuất trong [8] cải tiến giao thức AOMDV nhằm mục tiêu tăng thônglượng chuyển tiếp dữ liệu Ý tưởng chính của giao thức E-AOMDV được đềxuất là lấy thông tin về năng lượng pin còn lại của các nút mạng, kết hợp vớicác con đường tìm được theo cơ chế của giao thức AOMDV và kỹ thuật cânbằng tải khi truyền dữ liệu Theo chu kỳ, mỗi nút mạng sẽ gửi thông tin vềphần trăm năng lượng pin còn lại cho các nút lân cận Khi có yêu cầu truyền

dữ liệu, nút mạng sẽ tìm trong bảng định tuyến của mình tối đa là ba đườngngắn nhất theo số chặng Sau đó, áp dụng cơ chế cân bằng tải để truyền dữliệu song song trên các con đường này Tỉ lệ về tải dữ liệu giữa các con đườngđược tính bằng tỉ lệ phần trăm năng lượng pin còn lại giữa các nút đóng vaitrò là chặng kế tiếp của các con đường đó Kết quả đánh giá hiệu năng qua môphỏng cho thấy trong một khoảng thời gian hoạt động nhất định (100s), giaothức E-AODV có thông lượng cao hơn, tỉ lệ mất gói UDP thấp hơn, số góiUDP nhận được cao hơn so với giao thức AOMDV

Các ý tưởng nhằm tiết kiệm năng lượng và kéo dài thời gian sống của cáccon đường được chọn được đề xuất trong [9] sử dụng chiến lược có tên làCMMBCR để cải tiến cơ chế định tuyến của giao thức AOMDV Hai đề xuấtđược đưa ra ở đây là: (1) Khoảng thời gian ngừng làm việc của mỗi nút mạngđược phân chia theo ba trạng thái khác nhau Khi nút mạng có thời gian ngừnglàm việc vượt qua ngưỡng, nó sẽ được chuyển sang trạng thái ngủ để tiết kiệmnăng lượng pin; (2) Thay đổi cơ chế chọn đường chính của AOMDV theo thôngtin về năng lượng còn lại nhỏ nhất của mỗi con đường Tại mỗi một nút mạng,khi có yêu cầu chuyển tiếp dữ liệu, nếu năng lượng pin còn lại của nó lớn hơnngưỡng, nút mạng này sẽ chọn đường có năng lượng truyền cần thiết nhỏ nhất

làm đường chính để truyền dữ liệu Ngược lại, nút này sẽ chọn đường có năngpin còn lại lớn nhất để truyền dữ liệu.

Một cách tiếp cận mới để cải tiến độ bền vững của các con đường tìmđược bởi giao thức AOMDV được đề xuất trong [10] trên cơ sở hai phươngpháp: (1) Mỗi nút trung gian khi nhận được từ gói RREP thứ hai trở đi xuấtphát từ cùng một nút đích sẽ ghi bổ sung con đường tới nút đích vào bảngđịnh tuyến thay vì chỉ chấp nhận một gói RREP như giao thức AOMDV; (2)Lấy thông tin về tỉ lệ lỗi bit của các liên kết phục vụ cho việc chọn đườngtrong tiến trình định tuyến Tỉ lệ lỗi bit của con đường đầu cuối được tínhbằng tổng tỉ lệ lỗi bit của các liên kết thành phần Giao thức được đề xuấtchọn đường có tỉ lệ lỗi bit thấp nhất là đường chính để truyền dữ liệu Các conđường còn lại được sắp xếp theo chiều tăng dần của tỉ lệ lỗi bit để làm cácđường dự phòng khi đường chính bị lỗi

1.4 Tổng kết chương 1

Mạng Ad hoc di động (MANET) là một nhóm thiết bị tự trị di động cungcấp khả năng truyền thông đa chặng qua việc sử dụng các liên kết không dây vàhình thành cấu trúc liên kết động Các mạng như vậy không có cơ sở hạ tầng vật

lý đầy đủ như bộ định tuyến, máy chủ, điểm truy cập, cáp truyền dẫn hoặc cơ chếquản trị tập trung Mỗi nút di động trong MANET hoạt động với cả hai vai trò làđịnh tuyến và nút người dùng đầu cuối Điều này khiến mạng MANET được kỳvọng sẽ có những ứng dụng rộng rãi trong các khu vực chiến tranh, khắc phụcthảm họa, hàng không và thông tin liên lạc hàng hải, công nghiệp,

Định tuyến là một trong những vấn đề quan trọng nhất cần được xemxét trong số nhiều vấn đề cần giải quyết trong MANET Giao thức AOMDV

là một giao thức định tuyến đa đường điển hình cho lớp các giao thức địnhtuyến đa đường theo vector khoảng cách trong mạng MANET

Vấn đề trọng tâm của giao thức AOMDV là vấn đề đảm bảo phát hiệnđược nhiều đường không lặp và phân tách trong tiến trình tìm đường hiệu quảbằng cách sử dụng tiến trình khám phá đường dựa vào kỹ thuật “làm ngậptràn” (flooding) Các quy tắc cập nhật đường của giao thức AOMDV được ápdụng cục bộ tại mỗi nút đóng vai trò chính trong việc tìm và duy trì các đườngkhông lặp và tách biệt giữa một cặp nút nguồn-đích cho trước Những vấn đềđược xem xét sửa đổi chính từ giao thức định tuyến AODV để tạo thành giaothức định tuyến AOMDV bao gồm: cấu trúc gói tin, bảng định tuyến, thuậttoán cập nhật đường, tiến trình khám phá đường, cơ chế bảo trì đường và cơchế chuyển tiếp và phân phối dữ liệu.

Đã có nhiều nghiên cứu đề xuất cải tiến giao thức định tuyến đa đườngAOMDV nhằm nâng cao hiệu năng của giao thức trong mạng MANET như giaothức BSAOMDV , giao thức E-AOMDV, giao thức CMMBCR, giao thứcAOMDV-BER Hiệu năng của các giao thức này đã được chứng minh qua thựcnghiệm mô phỏng là tốt hơn so với giao thức định tuyến AOMDV Hiệu quả củamột giao thức định tuyến phụ thuộc nhiều vào độ đo định tuyến của giao thức.Giao thức định tuyến QCLR được đề xuất bởi [3] cũng là một giao thức địnhtuyến đa đường được cải tiến từ giao thức định tuyến AOMDV Tuy nhiên, trongnhững cải tiến này, việc phân lớp các lưu lượng dữ liệu của tầng Ứng dụng theoyêu cầu QoS theo chuẩn ITU-T G.1010 vẫn chưa được thực hiện Điều này dẫnđến sự hỗ trợ của thuật toán định tuyến theo yêu cầu QoS chưa thực sự hiệu quả Mục tiêu chính của đề tài này là nghiên cứu phương pháp cải tiến giao thức địnhtuyến AOMDV nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ được triển khai bằng giaothức QCLR Đồng thời, thực hiện việc cài đặt, thử nghiệm và so sánh đánh giá

độ hiệu quả về hiệu năng định tuyến QCLR so với giao thức định tuyếnAOMDV trong môi trường mạng MANET

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG MANET TRONG GIAO THỨC QCLR

AOMDV là một giao thức định tuyến đa đường được phát triển từ giao thứcAODV nhằm nâng cao hiệu quả định tuyến với cơ chế cho phép tìm nhiều đường

đi giữa một cặp nút nguồn-đích Nội dung của chương được bắt đầu với ý tưởngcải tiến giao thức AOMDV Sau đó là cơ sở của phương pháp xây dựng hàmlượng giá đường theo yêu cầu QoS và kỹ thuật dự đoán chất lượng liên kết tạitầng MAC Phần tiếp theo của chương sẽ trình bày chi tiết về các đề xuất xâydựng hàm lượng giá đường và các cải tiến được thực hiện trong giao thứcAOMDV để phát triển thành giao thức QCLR Việc kiểm nghiệm và đánh giákết quả về hiệu năng của giao thức QCLR và giao thức AOMDV sử dụng hệ môphỏng NS2 sẽ được trình bày trong phần cuối của chương

2.1 Đề xuất ý tưởng cải tiến cho giao thức AOMDV

Đối với giao thức AOMDV, sau mỗi tiến trình tìm đường, có thể tìmđược nhiều đường đến cùng một đích Đường được lựa chọn để chuyển tiếp

dữ liệu là đường có số chặng nhỏ nhất Các đường còn lại đóng vai trò làđường dự phòng

Cơ chế chọn đường của giao thức định tuyến AOMDV có thể gây ra tắcnghẽn khi các con đường ngắn nhất về số chặng được chọn có xu hướng đi quatâm của mạng và rõ ràng là không hỗ trợ khả năng chọn đường có chất lượngphù hợp với yêu cầu QoS của các luồng dữ liệu cần chuyển tiếp [3] Một số cảitiến giao thức AOMDV đã đề xuất cơ chế chọn đường đảm bảo QoS nhưng chưathực hiện việc phân lớp các lưu lượng theo yêu cầu về QoS của các ứng dụngphổ biến trong thực tế Vì vậy, đường được chọn để chuyển tiếp dữ liệu vẫn làđường tĩnh tốt nhất theo một hoặc một số tiêu chuẩn QoS nào đó chứ

không thay đổi một cách linh động cho từng lớp lưu lượng có yêu cầu QoS khác nhau.

định tuyến động theo từng lớp chương trình ứng dụng có yêu cầu QoS khác

nhau trên cơ sở xây dựng một hàm lượng giá đường theo từng lớp lưu lượng QoSvới bộ thông số đầu vào bao gồm: ngưỡng chấp nhận được của các tiêu chuẩnQoS, trọng số của các tiêu chuẩn QoS và các thông số về chất lượng đường đầucuối theo tiêu chuẩn QoS Đây là một hàm lượng giá đường động vì với cùng giátrị các thông số của chất lượng đường đầu cuối, giá trị của hàm sẽ thay đổi theotừng lớp lưu lượng QoS cho phép ưu tiên chọn đường có thông số chất lượngphù hợp với yêu cầu QoS từ các lớp lưu lượng ở tầng Ứng dụng

Để triển khai ý tưởng này, cần thực hiện các công việc sau:

1 Phân lớp các ứng dụng theo yêu cầu QoS

2 Tính trọng số cho các tiêu chuẩn QoS trong hàm lượng giá đường

3 Ước lượng các thông số về chất lượng của liên kết tại tầng MAC theocác tiêu chuẩn QoS

4 Tính giá trị của đường đầu cuối theo các thông số về chất lượng của liên kết

5 Xây dựng hàm lượng giá đường để xác định độ ưu tiên của các đường

có cùng đích cho từng lớp lưu lượng QoS

6 Xây dựng cơ chế định tuyến cho từng lớp lưu lượng QoS theo giá trị của đường đã được ước lượng

Những phần tiếp theo của chương này sẽ trình bày chi tiết về cách thựchiện các công việc này và các kết quả đánh giá hiệu năng của giao thức QCLR

là giao thức được cải tiến từ giao thức AOMDV