Luận văn nghiên cứu phương pháp cải tiến giao thức định tuyến AOMDV nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng MANET

M Ở ĐẦU Được hình thành bởi các kết nối tạm thời giữa các nút mạng di động không có sự hỗ trợ của cơ sở hạ tầng mạng cố định, mạng MANET có nhiều những đặc điểm khác biệt so với mạng khô

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Hà M ạnh Huy

ĐỊNH TUYẾN AOMDV NHẰM ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Hà M ạnh Huy

ĐỊNH TUYẾN AOMDV NHẰM ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG

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

L ỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp c ải tiến giao thức định tuyến AOMDV nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cho m ạng 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 giám

hiệu, phòng Đào tạo, Khoa Công nghệ thông tin, các thầy giáo, cô giáo thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên

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

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

đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ về kiến thức, tài liệu và phương pháp để tôi hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

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

thể còn có những mặt hạn chế, thiếu sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện

Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2020

H ọc viên

Hà M ạnh Huy

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

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

2.2.3 Xác định trọng số của các tiêu chuẩn QoS 36

2.3 Dự đoán chất lượng liên kết tại tầng MAC 40

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

M Ở ĐẦU

Được hình thành bởi các kết nối tạm thời giữa các nút mạng di động không

có sự hỗ trợ của cơ sở hạ tầng mạng cố định, mạng MANET có nhiều những đặc điểm khác biệt so với mạng không dây và có dây truyền thống làm nảy sinh nhiều thách thức và các hướng nghiên cứu khác nhau Định tuyến trong mạng MANET đã và đang là một vấn đề rất cần được quan tâm giải quyết 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 thức định tuyến cho mạng MANET Có thể phân nhóm các nghiên cứu này theo mục tiêu của chúng bao gồm: Tăng độ bền vững của đường được chọn, nâng cao

hiệu quả định tuyến, đảm bảo an ninh trong định tuyến, định tuyến hỗ trợ QoS, định tuyến với cơ chế tiết kiệm năng lượng Trong từng ngữ cảnh triển khai

mạng MANET với các yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến và sử dụng giao

thức định tuyến một cách phù hợp

Đối với vấn đề định tuyến hỗ trợ QoS, các giao thức định tuyến phải có

khả năng chọn đường phù hợp với yêu cầu QoS của dữ liệu cần truyền Tại mỗi nút mạng, các luồng dữ liệu có yêu cầu QoS khác nhau có thể truyền theo các con đường khác nhau Do các giao thức định tuyến đơn đường chỉ hỗ trợ tìm

một đường duy nhất sau tiến trình định tuyến nên không thể chọn được các 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 cơ chế định tuyến QoS

Các giao thức định tuyến đa đường có khả năng tìm và sử dụng nhiều đường đồng thời từ một nút nguồn tới một nút đích Trong thời gian qua, đã có nhiều giao thức định tuyến đa đường được đề xuất Tuy nhiên trong các giao

thức 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 chuẩn ITU-T G.1010 vẫn chưa được giải quyết

Mục tiêu chính của đề tài này là nghiên cứu phương pháp cải tiến cho giao

thức đa đường AOMDV trên cơ sở các đề xuất về phương pháp phân lớp các 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 dự đoán chất lượng liên kết tại tầng MAC, phương pháp triển khai cải tiến giao thức AOMDV theo cách tiếp cận liên tầng đảm bảo yêu cầu QoS, kiểm nghiệm 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 đa đường 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 đảm bảo

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 của phương pháp

cải tiến so với phương pháp ban đầu được trình bày trong Chương 3 Cuối cùng

là phần kết luận đưa ra những nội dung tổng kết và hướng phát triển của luận văn

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

Mạng ad hoc di động (MANET) [5] là một mạng được hình thành bởi một tập các nút (máy/thiết bị) không dây, di động mà không hề có bất cứ sự trợ 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 nút được

thực hiện nếu như hai nút là đủ gần nhau để trao đổi các gói tin

Mạng MANET có thể là một mạng độc lập, hoặc cũng có thể được kết

nối 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 vi truyền thông của mỗi nút được biểu diễn bằng một hình tròn Các nút nằm trong

phạm 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 chất đặc trưng của kết nối trong mạng MANET bao gồm:

(1) Khoảng cách giữa các nút: Khoảng cách giữa các nút hoặc trạng thái ở

gần nhau của chúng định nghĩa ranh giới mạng Chỉ cần hai hoặc nhiều nút chuyển động trong một bán kính nhất định là tạo thành một mạng ad-hoc Chính

sự chuyển động làm cho khoảng cách giữa các nút thay đổi gây ra bản chất đặc

biệt (ad-hoc) của mạng

(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 sẵn sàng 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-hoc được xác định bởi các nút đang “online” và ở trong một khoảng cách nhất định

Một nút luôn có xu hướng tham gia hay biến mất khỏi mạng Do đó, mạng được coi là tạm thời Hơn nữa, do không có một cơ sở hạ tầng mạng cho trước, các nút trong mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-to-peer)

1.1.2 Đặc điểm của mạng 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 động vừa đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nên mạng 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 là một bộ cảm biến, một điện thoại thông minh hoặc một máy tính xách tay Thông thường các thiết bị này có tài nguyên hạn chế so với các máy tính trong mạng có dây và không dây truyền thống về tốc độ xử lý, dung lượng

bộ nhớ và năng lượng nguồn pin nuôi sống hoạt động của nút

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

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

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

hiệu năng của mạng ad hoc di động Để có thể triển khai được mạng ad hoc di động 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 thước mạng thay đổi; đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các chương trình ứng dụng; 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 nút mạng

và khả năng tự tổ chức của mạng;

Các công nghệ của mạng không dây kiểu không cấu trúc đem lại rất nhiều

lợi ích so với các mạng truyền thống (cả không dây và có dây) trong những ngữ

cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địa hình,…) hoặc do những lý do về kinh tế (chi phí cáp trong một không gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập) Phần dưới đây sẽ giới thiệu các ứng 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 trong quân sự đầu tiên, và mạng không dây kiểu không cấu trúc cũng không phải là

một ngoại lệ Nhiều năm nay, quân đội đã sử dụng các mạng “packet radios” –

một nguyên mẫu đầu tiên của mạng chuyển mạch gói không dây ngày nay

Giải pháp mạng MANET cho quân đội có những đặc điểm khác so với

mạng MANET thuần túy [1]

Mạng MANET thuần túy thường tuân theo một mô hình điểm ngẫu nhiên, các nút tự do di chuyển theo bất cứ hướng nào, với bất cứ tốc độ nào Trong mô hình mạng 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 di động của mạng MANET thuần tuý và mạng MANET trong 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 các ứng

dụng thời gian thực như tiếng nói, video,…), cho phép phát triển một giải pháp

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 thời nhằm trao đổi thông tin và hợp tác cùng làm việc

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

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

hủy hoàn toàn

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

bị đầu cuối này đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng tạm thời nhằm

Mạng MANET thuần túy Mạng MANET quân đội

trao đổi thông tin Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và

nhận thông tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin – đóng vai trò như router trên Internet

Đối với ứng dụng trong hội thảo, khác với cách làm truyền thống khi

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

để tạo thành một mạng ad-hoc trong suốt thời gian đó Các thiết bị có thể truyền thông với nhau, truyền/nhận các tài liệu được sử dụng trong hội thảo Khi hội

thảo kết thúc, các thiết bị được tắt nguồn, mạng tự bị hủy bỏ

Mạng MANET cũng có thể ứng dụng trong cuộc sống Chẳng hạn như

mạng động được hình thành từ hai thiết bị cầm tay thông minh của các em học sinh để chơi game Môi trường mạng ở đây là một mạng không dây kiểu không

cấu trúc thuần túy, tức là không có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bị đầu cuối

tự cấu hình để thành lập mạng, mà không có sự quản lý tập trung Mạng này có

thể tự chia nhỏ thành các mạng con: một mạng riêng giữa em học sinh và bạn

của em, một mạng “chung” được khởi tạo bởi người muốn chia sẻ các chương trình trò chơi điện tử trên máy của anh ta Hai mạng này được trộn lẫn vào nhau

một cách linh động

1.3.1.3 M ạng cảm biến

Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lượng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ Mạng cảm biến là

mạng gồm các nút cảm biến (sensor) – các nút này hợp tác với nhau để cùng

thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như: giám sát môi trường (không khí, đất,

nước), theo dõi môi trường sống, hành vi, dân số của các loài động, thực vật,

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

Trước đây mạng cảm biến thường bao gồm một lượng nhỏ các nút cảm

biến được kết nối bằng cáp tới một trạm xử lý tập trung Ngày nay, các nút

mạng cảm biến thường là không dây, phân tán để vượt qua các trở ngại vật lý

của môi trường, tiết kiệm năng lượng và do trong nhiều trường hợp không thể

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

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

để triển khai mạng cảm biến do:

 Các nút cảm biến được phân tán trong vùng không có sẵn cơ sở hạ tầng

về truyền thông và năng lượng Các nút phải tự hình thành kết nối

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

 Cấu hình mạng luôn có thể thay đổi (các nút cảm biến bị hỏng, các nút

mới được thêm vào,…), mạng cảm biến phải tự thích nghi với những thay đổi này

1.3.1.4 M ạng Rooftop

Là một công nghệ đang bùng nổ để cung cấp truy cập mạng băng thông

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

Từ khía cạnh ad-hoc, những mạng MANET như vậy là tương đối tĩnh –

cấu hình của mạng hiếm khi thay đổi

Hình 1.3 Một ví dụ về mạng Rooftop

1.3.1.5 M ở rộng phạm vi của điểm truy cập

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

di động được kết nối với các điểm truy cập theo cấu hình hình sao Để được kết

nối vào mạng, người sử dụng phải ở trong phạm vi truy cập của mạng Do phạm

vi truy cập này là giới hạn và cơ sở hạ tầng một chặng (one-hop) của cấu hình này, các điểm truy cập phải được trải rộng trong toàn bộ vùng, bao phủ khắp

những nơi muốn kết nối với nhau

Sử dụng mạng không dây kiểu không cấu trúc, nhu cầu cần các điểm truy

cập sẽ giảm – người sử dụng bên ngoài phạm vi truy cập sẽ vẫn có thể được

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

mạng

1.2 Giao th ức định tuyến đa đường AOMDV

Giao thức AOMDV [7] là giao thức định tuyến đa đường theo yêu cầu

dạng 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 thức AODV Nó dựa trên khái niệm vectơ khoảng cách và sử dụng phương pháp định tuyến từng chặng Hơn nữa, giao thức AOMDV cũng tìm thấy các đường theo yêu cầu bằng cách sử dụng tiến trình khám phá đường Sự khác biệt chính

giữa hai giao thức này nằm ở số lượng đường tìm được sau mỗi tiến trình khám phá tuyến Trong giao thức AOMDV, việc truyền gói RREQ từ nguồn tới đích

sẽ thiết lập nhiều đường dẫn ngược ở cả các nút trung gian cũng như nút đích Nhiều gói RREP đi qua các đường nghịch hướng về nút nguồn để tạo thành nhiều đường thuận đến đích tại các nút nguồn và nút trung gian Giao thức AOMDV cũng cung cấp cho các nút trung gian các đường dự phòng nhằm làm

Đề xuất thiết kế giao thức AOMDV tái sử dụng nhiều nhất có thể những thông tin định tuyến đã có sẵn trong giao thức AODV Do đó, nó hạn chế chi phí phát sinh trong việc khám phá nhiều đường Đặc biệt, nó không sử dụng thêm 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 sung trong các gói điều khiển định tuyến (RREQ, RREP và RERR) là chi phí bổ sung duy

nhất trong giao thức AOMDV so với giao thức AODV

để cung cấp hoặc quảng bá cho các nút khác? Do mỗi tuyến đường có thể có

số chặng khác nhau nên việc lựa chọn một đường bất kỳ có thể tạo thành các đường lặp vòng Hai là, một nút khi nhận được quảng bá đường có chấp nhận đường nhận được hay không? Việc chấp nhận tất cả các con 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 Trong Hình 1.4(a), nút D là đích và nút I có hai đường đến D - một đường 5 chặng qua nút M (I –M –N –O–P –D) và một đường một chặng trực tiếp (I - D) Giả

sử tuyến đường (I –M –N –O–P –D) được quảng bá đến nút J và tiếp theo tuyến đường (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 I nhận được một đường 4 chặng đến đích D từ nút L (L–K–I–D), nút I sẽ không thể xác định được L là nút trước hay nút sau nó trên con đường tới đích

D vì chỉ có thông tin số chặng được đưa vào quảng bá đường Vì vậy, tại nút I

sẽ hình thành một tuyến đường tới nút đích D thông qua nút L làm dẫn đến một vòng lặp 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 là nút đứng trước hay không bởi vì nút J cũng có thể cung cấp một con đường 4 chặng

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 ra định tuyến lặp

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

(i) Quy t ắc số thứ tự: Chỉ duy trì các tuyến đường cho số thứ tự đích có

giá trị cao nhất Tại mỗi nút, nhiều tuyến đường có cùng số thứ tự đích được duy trì Với quy tắc này, tính chất không lặp vòng của các tuyến đường có thể đạt được tương tự như giao thức AODV Khi một nút nhận được quảng bá đường chứa số thứ tự đích cao hơn, tất cả các đường có số thứ tự cũ hơn tới đích tương ứng sẽ bị loại bỏ Tuy nhiên, các nút khác nhau (trên cùng một tuyến 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 sử dụng khái niệm “số chặng được quảng bá” Mỗi nút duy trì một biến gọi là số

chặng được quảng bá cho mỗi đích Biến này được thiết lập giá trị bằng độ dài

của đường (tính theo số chặng) dài nhất tại thời điểm quảng bá đầu tiên cho

một số thứ tự đích cụ thể Số lượng chặng được quảng bá không thay đổi cho đến 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 AOMDV còn có khả năng tìm các đường dự phòng không giao nhau Với mục đích cải thiện khả năng chịu lỗi bằng nhiều đường thì các đường tách biệt là một lựa

chọn tự nhiên để chọn một tập con các đường dự phòng hiệu quả từ một tập lớn các đường tiềm năng vì khả năng lỗi dây chuyền và đồng thời của các đường trong tập này nhỏ hơn so với tập các đường có giao cắt Có hai loại đường tách

biệt được xem xét là đường tách biệt theo liên kết và đường tách biệt theo nút Đường tách biệt theo liên kết là tập hợp các đường không có liên kết chung giữa một cặp nút, trong khi đó, đường tách biệt theo nút còn còn 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 đến nút 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 định tuyến

đa đường khác nhau

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 giao nhau đến nút D là A–B–D và A–C–D Tương tự, nút E có hai đường tách biệt đến nút D là E–C–D và E–F–D Tuy nhiên, các và A–C–D và E–C–D lại giao nhau khi chúng chia sẻ một liên kết C–D

Trong việc tìm kiếm các đường tách biệt, lực lượng hoặc độ dài của các đường 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 phần

lớn được xác định qua tiến trình khám phá đường Tuy nhiên, có thể kiểm soát các 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

tại trong 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 phí cao hơn

Trong các thuật toán định tuyến phân tán của loại vectơ khoảng cách, một nút sẽ hình thành từng bước các đường đến đích dựa trên các đường thu được

từ các nút láng giềng hướng đích Vì vậy, việc tìm một tập hợp các đường tách

biệt theo liên kết tại một nút được xem là một quá trình gồm hai bước: (1) xác định một 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 hoạt động được thực hiện cục bộ tại mỗi nút Tuy nhiên, để thực hiện được bước đầu tiên, mỗi nút cần có thông tin về một số hoặc tất cả các nút hướng đích trên mỗi tuyến đường

Trong giao thức vectơ khoảng cách thông thường (bao gồm giao thức AODV), một nút chỉ theo dõi chặng kế tiếp và khoảng cách qua chặng kế tiếp cho mỗi con đường Sự giới hạn thông tin trong một chặng này không đủ để

một nút 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 tin cho mỗi con đường để kiểm tra tính chất không giao theo liên kết Giao thức định tuyến nguồn có khả năng duy trì thông tin đầy đủ mọi con đường đầy đủ tại mỗi 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 truyền thông và duy trì thông tin đầy đủ của đường tại mỗi nút

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 tính không giao theo liên kết của các con đường Ở đây D là đích Nút A có một con đường 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 định

liệu các đường từ A và B đến D (lần lượt là A-I-D và B-I-D) có giao nhau hay không 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 mọi con đường (ngoài thông tin về chặng kế tiếp) Chặng cuối cùng của

một con đường từ nút P đến đích D chính là nút ngay trước nút D trên đường

đó Đối với đường một chặng, chặng kế tiếp là nút D và chặng cuối cùng chính

là nút P Đối với 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 tách

biệt theo liên kết: Nếu có hai con đường từ nút P đến đích D là không giao nhau theo liên kết thì chúng phải có các chặng kế tiếp duy nhất cũng như các chặng

cuối cùng duy nhất Điều ngược lại của quan sát này không nhất thiết đúng Tuy nhiên, 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 về chặng

kế tiếp và chặng cuối cùng của chúng (Hình 1.7) Đây là cơ sở để xác định xem hai con đường qua hai nút láng giềng khác nhau hướng đích bị giao nhau theo liên kết hay không Chúng sẽ là các đường tách biệt theo liên kết khi 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 kiện chặng các chặng kế tiếp và chặng cuối cùng khác nhau nhưng đây vẫn là hai đường 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 không giao nhau theo liên kết Trong trường hợp này, Hình 1.7(b) chỉ có một đường được thỏa mãn Tuy nhiên, Hình 2.4(c) có hai đường thỏa mãn điều kiện không giao nhau theo liên kết

Để thực hiện ý tưởng tìm đường tách biệt theo liên kết như trên, cần duy trì 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 là chặng đầu tiên được thực hiện bởi các gói định tuyến này Hoạt động chi tiết của 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

kết đến nút D qua nút X và nút Y Vì một nút không thể có hai đường dẫn có cùng chặng 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; điều này sẽ ngăn cản việc truyền đường qua nút Y nút đứng trước nó theo chiều ngược về phía nút nguồn Khi nút I quảng bá đường của nó tới nút D với

chặng cuối cùng là nút X đến các nút A và B đứng trước nó, mỗi nút này sẽ tạo thành một đường qua nút I với chặng cuối cùng là nút X Nút P xác định rằng các đường từ nút A và nút B đến nút D không phải là các đường tách biệt theo liên kết 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 giềng phân biệt của nút D Vì vậy, nút I tiếp tục tạo 2 đường dẫn không giao theo liên

kết đến nút D qua nút X và nút Y Giả sử nút I quảng bá các đường qua nút X

và nút Y tương ứng đến nút A và nút B Lưu ý rằng mỗi quảng bá đường chứa thông tin về chặng cuối cùng của đường được quảng bá Sau đó, các đường từ nút A và nút B đến nút D các đường tách biệt theo liên kết vì chúng có các

chặng cuối cùng phân biệt (X và Y) Tiếp theo, nút P có thể tạo 2 đường tách

biệt theo liên kết đến nút D qua nút A và nút B

Hình 1.9 Minh họa cho việc tính toán đường tách biệt theo liên kết

1.2.4 B ảng định tuyến

Hình 1.10 cho thấy sự khác biệt trong cấu trúc entry bảng định tuyến giữa giao thức AODV và giao thức AOMDV Entry bảng định tuyến của giao thức AOMDV có một trường mới là “advertised hop count” biểu diễn số chặng được

quảng bá Bên cạnh đó, một danh sách tuyến đường “route list” được sử dụng trong giao thức AOMDV để lưu trữ thông tin bổ sung cho từng đường dẫn thay

thế bao gồm: chặng kế tiếp (next_hop), chặng cuối cùng (last_hop), số chặng (hop_count) và thời gian hết hạn (timeout)

Hình 1 10 Cấu trúc entry bảng định tuyến của giao thức AODV và AOMDV

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 ℎ𝑜𝑝_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡𝑖𝑘𝑑 là số chặng của con đường thứ k trong entry

bảng định tuyến cho đích d tại nút i Như vậy là

(𝑛𝑒𝑥𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑, 𝑙𝑎𝑠𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑, ℎ𝑜𝑝_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡𝑖𝑘𝑑) ∈ 𝑟𝑜𝑢𝑡𝑒_𝑙𝑖𝑠𝑡𝑖𝑑 Khi nút i chuẩn bị gửi

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

𝑎𝑑𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑠𝑒𝑑_ℎ𝑜𝑝_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡𝑖𝑘 = {max⁡{ℎ𝑜𝑝_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡𝑖𝑘𝑑}, 𝑖 ≠ 𝑑

0, i = d

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

𝑠𝑒q_num𝑖𝑑, 𝑎𝑑𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑠𝑒𝑑_ℎ𝑜𝑝_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡𝑖𝑑, và 𝑟𝑜𝑢𝑡𝑒_𝑙𝑖𝑠𝑡𝑖𝑑 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 𝑛𝑒𝑥𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑 và 𝑙𝑎𝑠𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑 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

destination sequence number hop count next hop timeout

(a) AODV

destination sequence number advertised hop count route list

next_hop 1 last_hop 1 hop_count 1 timeout 1

next_hop 2 last_hop 2 hop_count 2 timeout 2

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: if (𝑠𝑒𝑞_𝑛𝑢𝑚𝑖𝑑 < 𝑠𝑒𝑞_𝑛𝑢𝑚𝑖𝑑 ) then /* áp dụng quy tắc số thứ tự */

12: if ((∄𝑘 1 ∶ (𝑛𝑒𝑥𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑1 = 𝑗))⁡and (∄𝑘 2 ∶ (𝑙𝑎𝑠𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑2 = 𝑖))) then /*⁡đảm bảo

tính duy nh ất của chặng kế tiếp và chặng cuối cùng */

13 insert (𝑗, 𝑖, 1) into 𝑟𝑜𝑢𝑡𝑒_𝑙𝑖𝑠𝑡𝑖𝑑;

14: end if

15: else if ((∄𝑘3 ∶ (𝑛𝑒𝑥𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑3 = 𝑗))⁡and (∄𝑘4 ∶ (𝑙𝑎𝑠𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑖𝑘𝑑4 = 𝑙𝑎𝑠𝑡_ℎ𝑜𝑝𝑗𝑘𝑑 ))) then /*⁡đảm bảo tính duy nhất của chặng kế tiếp và chặng cuối cùng */

1.2.6 Ti ến trình khám phá đường

Trong giao thức AODV, khi một nút nguồn có lưu lượng dữ liệu cần một con đường để truyền tới đích, nút nguồn sẽ bắt đầu quá trình khám phá đường

bằng cách tạo gói RREQ Vì RREQ được truyền kiểu quảng bá ngập toàn mạng,

một nút trong mạng có thể nhận được một vài bản sao của cùng một gói RREQ

Chỉ bản sao đầu tiên của gói RREQ được sử dụng để tạo các đường 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 sao trùng lặp được giao

thức AOMDV kiểm tra để phục vụ cho mục đích tạo ra các đường dự phòng ngược hướng nguồn Tuy nhiên, các đường ngược hướng nguồn chỉ được hình thành bằng các bản sao đảm bảo tính không lặp vòng và không giao cho các con đường Điều này được xác nhận bằng cách áp dụng các quy tắc cập nhật tuyến đường trong Thuật toán 1

Khi một nút trung gian nhận được một đường ngược qua bản sao gói RREQ, nó sẽ kiểm tra xem có một hay nhiều đường thuận hợp lệ hướng đích hay không Nếu có, nút này sẽ tạo một gói RREP và gửi nó trở lại nút nguồn

dọc theo đường ngược Gói RREP chứa một đường thuận chưa được sử dụng trong 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 nào tới đích, nó sẽ

quảng bá lại bản sao gói RREQ nếu trước đó nó chưa chuyển tiếp bất kỳ bản sao nào của gói RREQ này và bản sao này dẫn đến hoạt động hình thành / cập

nhật đường ngược

Khi nút đích nhận được các bản sao RREQ, nó cũng tạo thành các đường

dẫn 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

lặp đến nút nguồn mặc dù khi tạo ra các đường ngược, nút đích chỉ sử dụng các

bản sao 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 trung gian và nhân bản các gói RREQ khác Hình 1.11 cho thấy một ví dụ, trong đó nút I nhân bản bản sao gói RREQ đi qua nút A và triệt tiêu bản sao gói RREQ đi qua nút B Kết quả là, nhiều đường tách biệt có thể bị liên kết lại

tại các nút trung gian và xuất hiện dưới dạng một đường duy nhất tại đích Như

vậy, nút đích D sẽ chỉ biết về đường A-I-X-D nhưng không biết về đường B-I-Y-D Vấn đề này được gọi là vấn đề “cắt tuyến” (route cutoff) Rõ ràng,

S-vấn đề cắt đường ngăn chặn việc khám phá ra tất cả các đường ngược không giao nhau Điều này dẫn đến sự giới hạn về số lượng các đường thuận hướng đích không giao nhau được tìm 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 không lặp mặc dù đây chưa chắc đã là đường tách

biệt với các đường ngược được thiết lập trước đó Các RREP bổ sung như vậy làm giảm bớt vấn đề cắt tuyến và tăng khả năng tìm thấy các đường thuận hướng đích Cần lưu ý rằng các gói RREP bổ sung 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 lập tại 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 tuyến tương tự như quá trình quảng

bá gói RREQ đã trình bày ở trên, do đó làm giảm số lượng đường dẫn không giao được tìm thấy tại nguồn

b ản sao 2 qua B

b ản sao của bản sao 1 qua X

b ản sao của bản sao 1 qua Y

1.2.7 Cơ chế bảo trì đường

Tiến trình bảo trì đường trong giao thức AOMDV được phát triển từ tiến trình bảo trì đường của giao thức AODV với những thay đổi rất đơn giản Cũng

giống như giao thức AODV, giao thức AOMDV sử dụng các gói RERR Một nút tạo hoặc chuyển tiếp gói RERR khi đường cuối cùng đến đích bị phá vỡ Giao thức AOMDV cũng đã được tối ưu để cứu các gói theo kế hoạch sẽ được chuyển tiếp 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 đường đơn tới đa đường mặc dù vấn đề đặt giá trị timeout thích hợp trong giao thức AOMDV khó khăn hơn so với giao thức AODV Khi có nhiều đường cùng hướng tới một đích, sẽ có nhiều khả năng xảy ra việc tồn tại các con đường có thông 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 làm giảm 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 gói HELLO để

chủ động xóa các đường cũ Do đó, timeout trong phiên bản hiện tại của giao

thức AOMDV chủ yếu đóng vai trò là một cơ chế mềm để xử lý các sự kiện không lường trước chẳng hạn như bảng định tuyến bị hủy Cơ chế lựa chọn thời gian timeout thích hợp để xóa đường cũ trong giao thức DSR đã được đề xuất

áp dụng cho giao thức AOMDV với một số thay đổi Cũng có thể lựa chọn thời gian chờ trên cơ sở đặc tính phân tích đặc tính theo hành vi của 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 chuyển

tiếp, 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 đồng

thời tất cả các đường Mặc dù đây không phải là cơ chế chuyển tiếp dữ liệu được sử dụng trong giao thức AOMDV, các cơ chế này vẫn được trình bày ở đây 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 một trường mã gói mã hóa; các gói được mã hóa được truyền theo các đường khác nhau Cơ chế này có thể cải thiện xác suất phân phối gói trong các mạng ad hoc

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 con đường dự phòng được sử dụng đồng thời để phân phối dữ liệu, do đó cải thiện

mức độ sử dụng mạng và độ trễ đầu cuối

1.3 M ột 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 bền

vững và độ nhạy cảm với trễ của các con đường Gói tin RREQ được bổ sung thêm trường biểu diễn giá trị cường độ tín hiệu và thời gian trễ khi truyền gói tính từ nút phát sinh gói Cường độ tín hiệu được ước lượng theo mô hình TwoRayGround và thời gian trễ được cập nhật theo từng chặng gói tin RREQ

đi qua 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 hơn ngưỡng xác định trước, gói tin sẽ được chuyển tiếp Ngược lại, nút trung gian sẽ hủy 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 thức được

thực hiện trên NS2 cho thấy giao thức BSAOMDV có tỉ lệ truyền gói thành công và thông lượng cao hơn giao thức AOMDV

Đề xuất trong [8] cải tiến giao thức AOMDV nhằm mục tiêu tăng thông lượng chuyển tiếp dữ liệu Ý tưởng chính của giao thức E-AOMDV được đề

xuất là lấy thông tin về năng lượng pin còn lại của các nút mạng, kết hợp với các con đường tìm được theo cơ chế của giao thức AOMDV và kỹ thuật cân

bằng tải khi truyền dữ liệu Theo chu kỳ, mỗi nút mạng sẽ gửi thông tin về phần 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 đường ngắn nhất theo số chặng Sau đó, áp dụng cơ chế cân bằng tải để truyền dữ liệu song song trên các con đường này Tỉ lệ về tải dữ liệu giữa các con đường được tính bằng

tỉ lệ phần trăm năng lượng pin còn lại giữa các nút đóng vai trò là chặng kế tiếp

của các con đường đó Kết quả đánh giá hiệu năng qua mô phỏng cho thấy trong

một khoảng thời gian hoạt động nhất định (100s), giao thức E-AODV có thông lượng cao hơn, tỉ lệ mất gói UDP thấp hơn, số gói UDP nhận được cao hơn so

với giao thức AOMDV

Các ý tưởng nhằm tiết kiệm năng lượng và kéo dài thời gian sống của các con đường được chọn được đề xuất trong [9] sử dụng chiến lược có tên là CMMBCR để cải tiến cơ chế định tuyến của giao thức AOMDV Hai đề xuất được đưa ra ở đây là: (1) Khoảng thời gian ngừng làm việc của mỗi nút mạng được phân chia theo ba trạng thái khác nhau Khi nút mạng có thời gian ngừng làm việc vượt qua ngưỡng, nó sẽ được chuyển sang trạng thái ngủ để tiết kiệm năng lượng pin; (2) Thay đổi cơ chế chọn đường chính của AOMDV theo thông tin 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 hơn ngưỡng, 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 năng pin còn lại lớn nhất để truyền dữ liệu

Một cách tiếp cận mới để cải tiến độ bền vững của các con đường tìm được bởi giao thức AOMDV được đề xuất trong [10] trên cơ sở hai phương pháp: (1) Mỗi nút trung gian khi nhận được từ gói RREP thứ hai trở đi xuất phát từ cùng một nút đích sẽ ghi bổ sung con đường tới nút đích vào bảng định 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 đường trong tiến trình định tuyến Tỉ lệ lỗi bit của con đường đầu cuối được tính bằng tổng tỉ lệ

lỗi bit của các liên kết thành phần Giao thức được đề xuất chọn đường có tỉ lệ

lỗi bit thấp nhất là đường chính để truyền dữ liệu Các con đường còn lại được

sắp xếp theo chiều tăng dần của tỉ lệ lỗi bit để làm các đường dự phòng khi đường chính bị lỗi

1.4 T ổng kết chương 1

Mạng Ad hoc di động (MANET) là một nhóm thiết bị tự trị di động cung

cấp khả năng truyền thông đa chặng qua việc sử dụng các liên kết không dây

và hình 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 chế quản trị tập trung Mỗi nút di động trong MANET hoạt động với cả hai vai trò là định tuyến và nút người dùng đầu cuối Điều này khiến mạng MANET được kỳ vọng sẽ có những ứng dụng rộng rãi trong các khu vực chiến tranh,

khắc phục thảm 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 xem xét 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 định tuyến đa đường theo vector khoảng cách trong mạng MANET

Vấn đề trọng tâm của giao thức AOMDV là vấn đề đảm bảo phát hiện được nhiều đường không lặp và phân tách trong tiến trình tìm đường hiệu quả

bằng cách sử dụng tiến trình khám phá đường dựa vào kỹ thuật “làm ngập tràn” (flooding) Các quy tắc cập nhật đường của giao thức AOMDV được áp dụng

cục bộ tại mỗi nút đóng vai trò chính trong việc tìm và duy trì các đường không

lặp và tách biệt giữa một cặp nút nguồn-đích cho trước Những vấn đề được xem xét sửa đổi chính từ giao thức định tuyến AODV để tạo thành giao thức định tuyến AOMDV bao gồm: cấu trúc gói tin, bảng định tuyến, thuật toán cập

nhật đường, tiến trình khám phá đường, cơ chế bảo trì đường và cơ chế chuyển

tiếp và phân phối dữ liệu

Đã có nhiều nghiên cứu đề xuất cải tiến giao thức định tuyến đa đường AOMDV nhằm nâng cao hiệu năng của giao thức trong mạng MANET như giao thức BSAOMDV , giao thức E-AOMDV, giao thức CMMBCR, giao thức AOMDV-BER Hiệu năng của các giao thức này đã được chứng minh qua thực nghiệm mô phỏng là tốt hơn so với giao thức định tuyến AOMDV Hiệu quả

của một 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 định tuyến đa đường được cải tiến từ giao thức định tuyến AOMDV Tuy nhiên, trong những cải tiến này, việc phân lớp các lưu lượng dữ liệu của tầng Ứng

dụng theo yêu cầu QoS theo chuẩn ITU-T G.1010 vẫn chưa được thực hiện Điều này dẫn đến 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 định tuyến AOMDV nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ được triển khai bằng giao thức 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 tuyến AOMDV trong môi trường mạng MANET