Đồ án xây dựng mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến giảm thiểu tỷ lệ mất gói trong mạng AD HOC

Điều này đã đặt ra những yêu cầu đối với các hệ thống truyền thông, đó là: phải thực hiện kết nối giữa các nút mạng di động trong khi người sử dụng di chuyển tự do, đảm bảo truyền dữ liệ

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Mục lục

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ vi

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

DANH MỤC BẢNG ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1 Khái niệm mạng Ad hoc không dây 2

1.2 Những vấn đề và thách thức trong truyền tin qua mạng Ad hoc 3

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÀ TRUYỀN TIN QUA MẠNG AD HOC 5

2.1 Lịch sử phát triển của mạng Ad hoc 5

2.2 Những đặc điểm cơ bản của mạng Ad hoc 5

2.2.1 Phân loại mạng Ad hoc 6

2.2.2 Đặc điểm chính của mạng Ad hoc 6

2.3 Những thách thức cơ bản trong truyền tin qua mạng Ad hoc 8

2.3.1 Môi trường truyền dẫn 8

2.3.1.1 Lỗi bit trong mạng không dây 8

2.3.1.2 Sự dao động của các kết nối không dây 9

2.3.1.3 Di động 9

2.3.1.4 Kết nối tới các mạng có dây 10

2.3.1.5 Băng thông kênh thấp 11

2.3.2 Bảo mật thông tin 11

2.3.3 Vấn đề định tuyến 12

2.3.4 Một số vấn đề khác 14

2.4 Một số giải pháp cơ bản nâng cao chất lượng truyền tin qua mạng Ad hoc 14

2.5 Giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin với lựa chọn định tuyến 14

2.5.1 Các nguyên lý định tuyến cơ bản trong mạng Ad hoc 15

2.5.2 Giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin với lựa chọn định tuyến 16

CHƯƠNG III: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐIỂN HÌNH VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CHO MẠNG AD HOC 17

3.1 Giao thức DSDV (giao thức Vector khoảng cách chuỗi đích) 17

3.1.1 Tổng quan về giao thức 17

3.1.2 Cấu trúc bảng định tuyến 17

3.1.3 Cơ chế hoạt động 18

3.1.4 Tiêu chuẩn để lựa chọn tuyến 19

3.1.5 Ví dụ về hoạt động của DSDV 20

3.1.5.1 Giảm những thay đổi thất thường 23

3.1.6 Kết luận 24

3.2 Giao thức DSR (định tuyến nguồn động) 25

3.2.1 Giới thiệu 25

3.2.2 Cơ chế hoạt động của giao thức 25

3.2.3 Phát hiện tuyến DSR cơ bản 26

3.2.4 Duy trì tuyến DSR cơ bản 28

3.2.5 Các tính năng phát hiện tuyến gia tăng 28

3.2.5.1 Lưu thông tin định tuyến Overhead 28

3.2.5.2 Hồi âm Route Request sử dụng các tuyến đã được lưu 29

3.2.5.3 Ngăn ngừa nhiễu Route Reply 30

3.2.5.4 Giới hạn bước Route Request 30

3.2.6 Các tính năng duy trì tuyến gia tăng 30

3.2.6.1 Cứu gói dữ liệu 30

3.2.6.2 Tự động làm ngắn tuyến 31

2.2.6.3 Giảm truyền thông báo Route Error 31

3.2.7 Hỗ trợ cho các mạng di động và Mobile IP 31

3.2.8 Kết luận 32

3.3 Giao thức TORA (thuật toán định tuyến thứ tự tạm thời) 33

3.3.1 Tổng quan về giao thức 33

3.3.2 Hoạt động của giao thức TORA 33

3.3.3 Các cơ chế cơ bản 34

3.3.3.1 Cơ chế tạo tuyến 35

3.3.3.2 Cơ chế duy trì tuyến 36

3.3.3.3 Cơ chế xóa tuyến 37

3.3.4 Kết luận 37

3.4 Giao thức AODV (giao thức Vector khoảng cách theo yêu cầu) 38

3.4.1 Tổng quan về giao thức 38

3.4.2 Hoạt động của AODV 39

3.4.2.1 Duy trì các số tuần tự 39

3.4.2.2 Quản lý bảng định tuyến 40

3.4.3 Phát hiện tuyến 41

3.4.3.1 Thiết lập tuyến ngược 42

3.4.3.2 Thiết lập tuyến tiếp theo 42

3.4.5 Duy trì tuyến 43

3.4.6 Quản lý kết nối nội bộ 44

3.4.7 Ví dụ về hoạt động của AODV 44

3.4.8 Kết luận 44

3.5 Tóm lại 45

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH LỰA CHỌN THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN ĐỂ GIẢM TỶ LỆ MẤT GÓI 46

4.1 Bài toán thực tế 46

4.2 Mô tả bài toán định tuyến áp dụng cho nút mạng Ad hoc trong giao thông 47

4.3 Mô hình hệ thống lựa chọn thuật toán định tuyến 47

4.3.1 Mô hình tổng quát cho hệ thống lựa chọn ra quyết định 47

4.3.2 Cấu tạo của nút mạng di động có phần ra quyết định 49

4.4 Hoạt động của mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến giảm thiểu tỷ lệ mất gói 52

4.5 Lựa chọn phương pháp ra quyết định cho mô hình 54

4.6 Xây dựng hàm ra quyết định 55

CHƯƠNG V: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG 56

5.1 Phần mềm NSZ2 56

5.1.1 Giới thiệu phần mềm NSe2 56

5.1.2 Hỗ trợ hoạt động của NSe2 57

5.2 Phương pháp mô phỏng 58

5.3 Thực hiện mô phỏng xây dựng hàm ra quyết định 59

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Mục lục

5.3.1 Mô tả kịch bản mô phỏng 59

5.3.2 Thiết lập mô hình lưu lượng 59

5.3.3 Thiết lập mô hình di động 60

5.3.4 Thông số để đánh giá 61

5.3.5 Thực hiện mô phỏng 61

5.3.5.1 Mã lệnh tạo nút mạng di động 61

5.3.5.2 Mã lệnh thiết lập tham số trong chương trình chính 62

5.3.6 Kết quả mô phỏng 62

5.3.6.1 Hình ảnh minh họa mô phỏng 62

5.3.6.2 Dữ liệu tạo ra qua mô phỏng 63

5.3.6.3 Đánh giá kết quả mô phỏng 63

5.3.7 Ra quyết định lựa chọn thuật toán định tuyến 65

5.4 Mô phỏng cho bài toán ứng dụng mạng Ad hoc trong giao thông 66

5.4.1 Mô tả kịch bản mô phỏng 66

5.4.2 Thực hiện mô phỏng 67

5.4.3 Đánh giá mức độ áp dụng 67

5.5 Tổng kết 68

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 73

1 Thuật toán Bellman – Ford 73

2 Thuật toán đảo ngược liên kết (Link veversel) 73

3 Ví dụ về hoạt động của AODV 74

4 Hướng dẫn cài đặt NSZ2 76

5 Hướng dẫn bóc tách dữ liệu và tính toán trên Cygwin 78

6 Hướng dẫn chạy chương trình mô phỏng 79

7 Mã code chương trình 79

7.1 Mã lệnh tạo nút di động 79

7.2.Mã lệnh chương trình mô phỏng thực hiện xây dựng hàm ra quyết định 81

7.3 Mã lệnh chương trình mô phỏng ứng dụng cho giao thông 82

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

AGT Agent Level Trace Trace mức tác nhân

ARP Address Resolution Protocol Giao thức chuyển đổi địa chỉ

CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi

CDPD Cellular Digital Packet Data Công nghệ dữ liệu gói số tế bào

DAG Directed Acyclic Graph Đồ thị liên thông có hướng

Global Mobile Information

IP Internet Protocol Giao thức Internet

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MANET Mobile Ad hoc NETwork Mạng Ad hoc di động

NAM Network AniMator Hình ảnh động về mạng

NPDU Network Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức mạng

NSZ2 Network Simulator version 2

Chương trình mô phỏng mạng phiên bản 2

NTDR Near Term Digital Radio Vô tuyến số hạn gần

OSI Open System Interconnection Liên kết các hệ thống mở

Otcl

Object Tool Command

PRNET Packet Radio NETwork Mạng vô tuyến gói

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Danh mục ký hiệu các chữ viết tắt và thuật ngữ

RR Route Request (TORA) Gói yêu cầu tuyến

RREQ Route Request (AODV) Gói yêu cầu tuyến

RTR Routing Trace Level Mức trace định tuyến

SUSAN SUrvivable Adaptive Network Mạng có khả năng thích nghi

TORA

TemprallaZOrdered Routing

Algorithm Giao thức định tuyến thứ tự tạm thời

WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Một mạng Ad hoc với các nút mạng di chuyển theo các hướng và tốc độ

khác nhau 2

Hình 2.1: Tính động trong mạng Ad hoc 7

Hình 3.1Z Sự di chuyển trong mạng AdZhoc 20

Hình 3.2Z Các tuyến thay đổi thất thường 23

Hình 3.3: ví dụ về phát hiện tuyến: nút A là nút khởi đầu và nút E là nút đích 26

Hình 3.4 Những giới hạn trong việc lưu thông tin định tuyến overhead: nút mạng C từ gửi các gói tới E và các gói overhear từ X 29

Hình 3.5: Ví dụ về hồi âm RR sử dụng các tuyến đã lưu 29

Hình 3.6: Nút mạng C thông báo tuyến nguồn tới D có thể là ngắn nhất, khi nó tình cờ nghe được một gói từ A đầu tiên định tới B 30

Hình 3.7: Các nút mạng kết nối thông qua các sóng ngắn 32

Hình 3.8: Mô tả khái niệm thiết lập hướng của DAG 34

Hình 3.9: Hoạt động của TORA 37

Hình 3.10: Hình ảnh trực quan của một mạng chiến lược 38

Hình 3.11: Sự hình thành tuyến ngược và tiếp theo 43

Hình 4.1: Mô tả hình dạng của mô hình xây dựng 47

Hình 4.2: Mô hình truyền thông chung của các nút mạng di động 48

Hình 4.3: Mô hình truyền thông có phần lựa chọn định tuyến 48

Hình 4.4: Cấu tạo của một nút mạng di động trong mô hình 50

Hình 4.5: Biểu đồ hoạt động của mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến giảm thiểu tỷ lệ mất gói trong mạng Ad hoc 53

Hình 4.6: Các bước mô phỏng để xây dựng hàm ra quyết định 55

Hình 5.1: Cấu trúc chương trình mô phỏng NSZ2 57

Hình 5.2: NSZ2 hỗ trợ mô phỏng ở các tầng của mô hình OSI 58

Hình 5.3 Phương pháp thực hiện mô phỏng 58

Hình 5.4: Hình ảnh các nút mạng truyền phát tín hiệu 62

Hình 5.5: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 10, tốc độ di chuyển lớn nhất là 20m/s 64

Hình 5.6: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 20, tốc độ di chuyển lớn nhất là 20m/s 64

Hình 5.7: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 10, tốc độ di chuyển lớn nhất 1m/s 64

Hình 5.8: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 20, tốc độ di chuyển lớn nhất 1m/s 65

Hình 5.9: Mô phỏng các nút mạng Ad hoc trong bài toán áp dụng mạng Ad hoc cho tuyến đường giao thông 67

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1Z Cấu trúc bảng định tuyến truyền đi của MH4 21

Bảng 3.2Z Bảng định tuyến quảng bá của MH4 21

Bảng 3.3Z Bảng định tuyến truyền đi của MH4 đã cập nhật 22

Bảng 3.4Z Bảng định tuyến quảng cáo của MH4 (đã cập nhật) 22

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của các thiết bị phần cứng đã và đang tạo động lực để mạng di động phát triển với nhiều loại hình mạng và dịch vụ khác nhau Trong số những loại hình mạng, mạng Ad hoc đã thu hút được nhiều sự quan tâm của giới chuyên môn Với những đặc điểm nổi bật như: khả năng không sử dụng cơ sở hạ tầng, các nút mạng có thể di chuyển theo hướng và tốc độ tùy ý, mạng Ad hoc có thể đáp ứng được yêu cầu khắt khe của những ứng dụng trong môi trường đặc biệt như: chiến trường, thám hiểm,

lò vũ khí hạt nhân, nơi xảy ra thiên tai, hỏa hoạn… Tuy nhiên, mạng Ad hoc cũng gặp nhiều thách thức trong môi trường truyền thông do chính những đặc điểm của nó Vì vậy, việc đảm bảo chất lượng truyền tin trong mạng Ad hoc là một vấn đề cần được quan tâm Nếu trong các mạng cố định, định tuyến là vấn đề không thể thiếu thì trong mạng Ad hoc Z là mạng định tuyến động Z định tuyến là cơ chế quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ Vậy làm thế nào để nâng cao chất lượng truyền tin trong mạng

Ad hoc?

Với suy nghĩ trên, cùng với sự định hướng và chỉ dẫn của TSKH Hoàng Đăng Hải

em đã chọn đề tài “Xây dựng mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến giảm thiểu tỷ

lệ mất gói trong mạng Ad hoc” Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu vấn đề định tuyến trong mạng Ad hoc và xây dựng mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến để giảm thiểu

tỷ lệ mất gói Trên cơ sở đó, bài đồ án xem xét khả năng áp dụng mô hình cho bài toán giao thông

Để đạt được những mục tiêu trên đồ án sẽ tập trung nghiên cứu một số giao thức định tuyến cơ bản hỗ trợ cho Ad hoc, xây dựng mô hình giảm thiểu tỷ lệ mất gói và thực hiện mô phỏng hệ thống

Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong khuôn khổ của đồ án này em xin tập trung nghiên cứu 4 giao thức định tuyến DSDV, DSR, AODV, TORA (trong số hơn

30 giao thức hỗ trợ cho Ad hoc); thực hiện mô phỏng với ba giao thức DSDV, DSR, AODV; xây dựng mô hình giảm thiểu tỷ lệ mất gói cho mạng Ad hoc trên cơ sở xây dựng lý thuyết một hàm ra quyết định

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương I: Đặt vấn đề

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ

Mạng truyền thông trong những năm qua đã phát triển không ngừng Bên cạnh sự phát triển của Kinh tế là những nhu cầu ngày càng cao của con người, trong đó phải kể đến nhu cầu thông tin liên lạc Sự xuất hiện của công nghệ không dây đang đưa con người tiến đến gần hơn với dịch vụ mà trước đây chỉ là tưởng tượng Ngày càng có nhiều người sử dụng mong muốn có những thiết bị thật gọn nhẹ và tiện ích Điều này

đã đặt ra những yêu cầu đối với các hệ thống truyền thông, đó là: phải thực hiện kết nối giữa các nút mạng di động trong khi người sử dụng di chuyển tự do, đảm bảo truyền dữ liệu (GPS, hình ảnh) và âm thanh giữa các nút, tiện dụng cho việc sử dụng Compaq, iPaq, Pocket, PC… Tuy nhiên, không phải khi nào việc thiết lập truyền thông dựa trên những điểm truy nhập cố định và cơ sở hạ tầng backbone cũng có thể thực hiện được như: cơ sở hạ tầng không thể triển khai ở những vùng đang chịu thảm họa hoặc những vùng chiến tranh, cơ sở hạ tầng cũng không thích hợp với vô tuyến ngắn hay Bluetooth (~ 10m) Do đó, cần một mạng thỏa mãn các yêu cầu: không có cấu trúc, tự khởi động, tự cấu hình… Mạng Ad hoc không dây đã ra đời thỏa mãn những yêu cầu trên Vậy, mạng Ad hoc không dây là mạng như thế nào?

1.1 Khái niệm mạng Ad hoc không dây

Mạng Ad hoc không dây là một tập hợp của hai hoặc nhiều các thiết bị, nút mạng hoặc thiết bị đầu cuối kết nối không dây có khả năng hoạt động mạng và liên lạc với các nút mạng khác không cần đến cơ sở hạ tầng cũng như sự giúp đỡ của người quản

lý trung tâm [8, tr.01] Mỗi nút mạng trong một mạng Ad hoc không dây hoạt động vừa như một máy chủ vừa như một bộ định tuyến tham gia vào việc phát hiện và duy trì các tuyến tới các nút mạng khác trong mạng Các nút mạng Ad hoc có thể di chuyển theo các hướng và tốc độ một cách ngẫu nhiên Do đó tôpô của mạng Ad hoc thay đổi động Các mạng Ad hoc thường hữu ích trong các hoạt động tìm kiếm và giải cứu, các buổi họp và hội nghị với nhiều người mong muốn chia sẻ thông tin một cách nhanh chóng

Hình 1.1: Một mạng Ad hoc với các nút mạng di chuyển theo các hướng và tốc độ

khác nhau

1.2 Những vấn đề và thách thức trong truyền tin qua mạng Ad hoc

Hiện nay, môi trường di động đang thu hút được sự quan tâm của nhiều người và mang lại nhiều tiện ích Môi trường di động đang xóa dần khoảng cách về mặt địa lý, làm cho mọi người gần nhau hơn Bên cạnh những lợi ích mà môi trường di động mang lại, chúng ta cũng phải đứng trước những thách thức trong môi trường này để có thể phát triển mạng và các dịch vụ mạng

Những giới hạn của môi trường di động:

Z Gói có thể bị mất do các lỗi truyền thông

Z Các kết nối có dung lượng thay đổi

Z Do có sự di động nên việc đứt kết nối, phân mảnh thường xuyên xảy ra

Z Giới hạn băng thông truyền

Z Quảng bá tự nhiên các thông tin (thừa thông tin)

Z Khả năng lưu trữ bị giới hạn

Z Khả năng xử lý của các máy di động có hạn

Ad hoc được phát triển cơ bản trong môi trường di động, vì vậy ít nhiều cũng chịu tác động của những thách thức trên Bên cạnh đó, Ad hoc với đặc điểm nổi bật là tôpô thay đổi động gây ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ của mạng Việc người sử dụng có thể di chuyển theo hướng và tốc độ một cách tùy ý làm cho tôpô mạng thường xuyên thay đổi, phải định tuyến liên tục và không thể dự báo được Điều này làm tăng tỷ lệ mất gói trong mạng, giảm hiệu năng truyền thông Việc mất gói sẽ gây thiếu hụt thông tin hoặc làm cho thông tin không còn chính xác nữa Với dữ liệu loại voice thì có thể tạm chấp nhận được, nhưng nếu mất thông tin định tuyến hay các dữ liệu loại khác thì

sẽ phải định tuyến lại hoặc gửi lại Như vậy sẽ làm tăng thời gian thực hiện, ảnh hưởng tới các mục tiêu khác của mạng Ad hoc (định tuyến, bảo mật, di động, tiết kiệm tài nguyên, nguồn điện… )

Để giải quyết vấn đề tỷ lệ mất gói cao, một trong những giải pháp hữu hiệu là lựa chọn thuật toán định tuyến thích hợp Lựa chọn thuật toán định tuyến thích hợp sẽ

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương I: Đặt vấn đề

giảm các bước truyền, độ trễ gói, lưu lượng mạng do đó cũng làm giảm tỷ lệ mất gói

Vì vậy trong đồ án này, em xin được tập trung nghiên cứu về đặc điểm định tuyến trong mạng Ad hoc, xây dựng mô hình chọn lựa thuật toán định tuyến một cách linh thoạt để giảm thiểu tỷ lệ mất gói và thực hiện mô phỏng hệ thống bằng NSZ2

Đồ án được chia thành những phần như sau:

Lời nói đầu

Chương I: Đặt vấn đề

Chương II: Nêu tổng quan về mạng Ad hoc, những vấn đề liên quan đến chất lượng truyền tin, vấn đề định tuyến, những thách thức liên quan giữa định tuyến với môi trường di động, tôpô thay đổi và tỷ lệ mất gói

Chương III: Trình bày các cơ chế định tuyến điển hình hiện nay và phân tích khả năng áp dụng cho Ad hoc

Chương IV: Xây dựng mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến để giảm thiểu tỷ lệ mất gói

Chương V: Thực hiện mô phỏng và kết quả mô phỏng

Kết luận và hướng mở

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÀ TRUYỀN TIN QUA

MẠNG AD HOC 2.1 Lịch sử phát triển của mạng Ad hoc

Mạng Ad hoc xuất phát từ mạng vô tuyến gói Vì vậy, trước hết bài đồ án tóm tắt vài nét tìm hiểu qua về sự ra đời và phát triển của mạng vô tuyến gói

Sự phát triển vô tuyến gói cho truyền thông máy tính ra đời đầu tiên vào năm 1970

là một phần của dự án ALOHANET được thực hiện bởi Đại học Hawaii ALOHANET bao gồm một mạng vô tuyến để kết nối các máy tính trong trường đại học với nhau Tuy nhiên, mạng mới chỉ gồm các nút mạng giao tiếp trực tiếp với nhau Từ dự án ALOHANET, vô tuyến gói phát triển trên hai hướng chính là: các mạng vô tuyến gói nghiệp dư và các mạng vô tuyến gói quân sự Trong đó mạng vô tuyến gói quân sự là nền tảng cho sự phát triển của mạng Ad hoc [6, 13,18]

Bên cạnh phát triển ALOHANET, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dự án mạng vô tuyến gói (Packet Radio Network Z PRNET) mở rộng vô tuyến gói đơn bước thành mạng vô tuyến gói đa bước (multiZhop) được phát triển từ năm 1972 đến năm 1983, dự án PRNET thiết kế và kiểm tra các giao thức trong môi trường mà các nút mạng trên nền tảng di động Kết quả là các giao thức đã tự động thích ứng với sự thay đổi tôpô mạng Năm 1987, PRNET hỗ trợ cho 183 nút mạng, cả các trạm vô tuyến gói và các trạm tham gia Nó sử dụng giao thức vector khoảng cách

để định tuyến

Khi dự án PRNET chấm dứt, dự án SUSAN (Survivable Adaptive Network) bắt đầu và thực hiện từ năm 1983 tới năm 1992 SUSAN lại được tiếp tục bởi dự án GLoMo (Global Mobile Information System Z Hệ thống thông tin di động toàn cầu) thực hiện từ 1995 đến 2000 Tiếp theo, dự án NTDR (Near Term Digital Radio) được thực hiện để phát triển vô tuyến gói một cách chiến thuật để triển khai trên chiến trường

Trên cơ sở dự án ALOHANET, PRNET… mạng Ad hoc đã ra đời đáp ứng nhu cầu không chỉ trong quân sự mà trong giao dịch thương mại và nhu cầu của đời sống Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu qua về mạng Ad hoc

2.2 Những đặc điểm cơ bản của mạng Ad hoc

Như đã giới thiệu ở mục 2.1, lịch sử của các mạng vô tuyến được bắt đầu từ những năm 1970 và từ đấy đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của thế giới Trong suốt thập

kỷ sau, sự quan tâm này đã bùng nổ bởi sự phát triển nhanh chóng của Internet và sau đấy là công nghệ mạng không dây [7] Mạng không dây là một công nghệ nổi bật hiện

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

nay, nó cho phép người sử dụng truy nhập thông tin và các dịch vụ xử lý số liệu bằng điện tử mà không quan tâm tới vị trí địa lý của họ Các loại mạng không dây có thể chia thành hai loại: mạng có cơ sở hạ tầng (thường được biết đến như các WLAN) và mang không có cơ sở hạ tầng (thường gọi là Ad hoc) Mạng Ad hoc với những khả năng ưu việt vẫn đang được tiếp tục phát triển và sẽ phổ biến trong tương lai không xa 2.2.1 Phân loại mạng Ad hoc

Có hai loại mạng Ad hoc không dây là: Mạng Ad hoc di động (MANET) và mạng cảm ứng thông minh

Mạng cảm ứng thông minh bao gồm một số những sensor rải dọc theo một vùng địa lý Mỗi sensor có khả năng kết nối không dây và khả năng hiểu biết để xử lý tín hiệu và hoạt động mạng của dữ liệu

MANET là một tập độc lập các nút mạng hoặc người sử dụng di động mà kết nối qua đường không dây Ví dụ: thiết lập liên lạc trong những tình trạng khẩn cấp hoặc các hoạt động cứu trợ, những nỗ lực làm giảm nhẹ thảm hoạ và các mạng lưới thông tin quân sự Trong những viễn cảnh này, việc kết nối tập trung không thể tin cậy, do đó MANET sẽ là một giải pháp hiệu quả Với mạng tập trung, các nút mạng phải thực hiện tìm ra tôpô mạng và chuyển giao thông báo Với MANET, thuật toán tìm đường ngắn nhất không đáp ứng như một thuật toán định tuyến tối ưu Các nhân tố như: chất lượng kết nối không dây thường xuyên biến đổi, mất đường truyền, sự giảm âm, nhiễu

do nhiều người sử dụng, nguồn điện sử dụng và sự thay dổi tôpô trở thành những vấn

đề quan trọng Mạng phải thay đổi một cách phù hợp với định tuyến để làm giảm bớt những tác động trên

MANET dựa trên những nền tảng di động MANET là một hệ thống độc lập của các nút mạng di động và nó có thể hoạt động một cách riêng biệt hoặc có thể có các gateway như mạng cố định Những nút mạng MANET được trang bị những máy phát không dây và máy thu sử dụng anten mà có thể tác dụng theo mọi hướng (quảng bá) và

có thể định hướng ở mức độ cao (điểm tới điểm)

Trong phạm vi chủ đề của bài đồ án sẽ chỉ tập trung nghiên cứu về mạng Ad hoc di động (MANET) Vì vậy, thuật ngữ “mạng Ad hoc” ở các phần sau chính là nói tới mạng MANET

2.2.2 Đặc điểm chính của mạng Ad hoc

Điểm nổi bật nhất trong mạng Ad hoc là không có các thiết bị cơ bản cố định ngoại trừ các nút mạng di động tham gia, tất cả các nút mạng đều di động và có thể được kết nối động một cách ngẫu nhiên

Kết nối giữa các nút mạng có thể thay đổi theo thời gian do tính chuyển động của các nút mạng, sự ra đi của nút mạng và sự xuất hiện của những nút mạng mới làm cho

các giao thức mạng trở nên động và không thể dự báo được Vì thế, tôpô của mạng là động nhiều hơn và sự thay đổi thường xuyên không thể dự báo trước được

Như đã trình bày ở trên, sự kết nối giữa các máy tính di động tạo thành một mạng gọi là mạng AdZhoc khác với các loại mạng đang tồn tại Thứ nhất là hình trạng của mạng có thể là khá động Thứ hai phần lớn người dùng không muốn thực hiện các hoạt động quản lý để thiết lập một mạng Các nút mạng không chắc chắn là đều nằm trong vùng truyền thông của các nút mạng khác Một nút di động có thể trao đổi dữ liệu với hai nút di động khác mà hai nút này không thể trực tiếp trao đổi dữ liệu với nhau Kết quả là người dùng có thể không cần đến sự kết hợp dựa trên các kết nối duy trì mạng, đặc biệt khi người dùng di chuyển từ nơi này đến nơi khác Hình 2.1 mô tả tính động trong mạng Ad hoc [15]

Hình 2.1: Tính động trong mạng Ad hoc Đầu tiên, nút mạng A và D có một kết nối trực tiếp giữa chúng Khi D di chuyển

ra ngoài vùng vô tuyến của A thì kết nối bị đứt (Tôpô mạng thay đổi) Tuy nhiên, mạng vẫn được kết nối vì A có thể liên lạc với D qua C, E và F

Bên cạnh đó, các nút mạng cũng có thể tự do di chuyển theo các hướng và tốc độ tùy ý trong quá trình truyền thông

Ngoài ra, các nút mạng hoặc thiết bị Ad hoc có thể phát hiện những thiết bị khác mới xuất hiện để cho phép việc liên lạc và chia sẻ thông tin Bên cạnh đó, nút mạng cũng có thể nhận biết các loại dịch vụ và những thuộc tính tương ứng Khi các nút mạng thay đổi trên quãng đường, thông tin định tuyến cũng sẽ thay đổi để phản ánh kịp thời những thay đổi trong kết nối

Tóm lại, mạng Ad hoc có những đặc điểm nổi bật sau:

Z Không có cơ sở hạ tầng, không cần người quản lý

Z Tự khởi động, tự cấu hình

Z Tôpô mạng thay đổi động

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

Với một hệ thống thay đổi động như trong mạng Ad hoc thì một trong những vấn

đề được quan tâm hàng đầu là vấn đề định tuyến Đây là vấn đề quan trọng trong mạng không dây và nó có ảnh hưởng tới những vấn đề liên quan khác (như vấn đề bảo mật, tài nguyên, nguồn năng lượng…) Và cũng vì thế đặt ra nhiều thách thức đối với mạng

Ad hoc

2.3 Những thách thức cơ bản trong truyền tin qua mạng Ad hoc

2.3.1 Môi trường truyền dẫn

Môi trường mạng Ad hoc chính là môi trường mạng không dây, vì vậy trước hết mạng Ad hoc phải đối mặt với những thách thức chung từ môi trường mạng không dây [24]

2.3.1.1 Lỗi bit trong mạng không dây

Lỗi bit trong các mạng không dây xảy ra bởi có nhiều nguyên nhân khác nhau làm suy yếu tín hiệu như: nhiễu, sự giao thoa, tổn hao đường truyền, fading, nhiễu truyền

đa hướng và sự tắc nghẽn

Nhiễu là vấn đề tự nhiên của kênh truyền thông Truyền thông giữa một người gửi

và một người nhận từ xa được thực hiện bằng việc truyền bit một cách tuần tự sử dụng các dạng sóng riêng biệt trong khoảng thời gian giới hạn Do nhiễu, phía người nhận từ

xa có thể nhận một bản có các dạng sóng tín hiệu bị hỏng

Sự giao thoa xảy ra do các nguyên nhân khác nhau Nguyên nhân chính là dùng lại tần số Những tần số này được sử dụng lại cho nhiều người ở các vị trí không xa để tăng năng suất của quang phổ Một nguyên nhân khác là bởi những tín hiệu trong các kênh liền kề Sự giao thoa dải hẹp có thể giảm việc sử dụng lọc mức hoặc các công nghệ quang phổ dải rộng

Tổn hao đường truyền là một đặc trưng của tần số sóng mang, khoảng cách truyền,

và tăng ích của anten Có nhiều loại mô hình tổn hao truyền khác nhau được sử dụng

để tính toán đường truyền, trong đó mô hình không gian tự do là mô hình đường truyền cơ bản

Fading là sự thay đổi bất thường của nguồn tín hiệu nhận Có ba loại chính: fading

do che chắn (shadow fading), fading phẳng (flat fading), fading lựa chọn tần số

(frequencyZselective fading) Fading che chắn xảy ra do các đối tượng gây cản trở trên đường truyền như: đồi núi, nhà, hay những vật cản khác Fading phẳng xảy ra do truyền đa hướng của các sóng điện từ từ người truyền tới người nhận, khi tín hiệu tương tự được nhận ở người nhận ở những thời gian khác nhau do tán sắc và phản hồi các bề mặt trong vùng phủ sóng Fading phẳng được mô tả như sự dao động nhanh của nguồn tín hiệu nhận qua các khoảng thời gian ngắn Fading lựa chọn tần số có do việc truyền đa hướng Do truyền đa hướng nên có sự tự giao thoa giữa các thành phần sóng truyền Khi những thành phần này đến người nhận thì các sóng phản hồi bị trễ khác nhau

Với các tốc độ ứng dụng và tốc độ dữ liệu khác nhau, những suy yếu trên gây ra hiện tượng lỗi nhóm (error bursts) làm cho khó có thể sử dụng chính xác mã sửa lỗi thông thường Thêm vào đó, truyền đa hướng có thể làm giảm tốc độ dữ liệu Qua đó cần thiết lập được những giới hạn nghiêm ngặt cho các tốc độ dữ liệu

Một vài công nghệ đã được đề xuất để cải thiện cho truyền tin không dây và giảm thiểu sự tác động khắt khe của các yếu tố làm suy yếu tín hiệu Mặc dù những công nghệ này tỏ ra hữu hiệu với mạng có dây, tỷ lệ bit lỗi trong mạng không dây giảm không đáng kể Tỷ lệ lỗi bit điển hình của các mạng không dây là giữa 10Z2 tới 10Z6 phụ thuộc vào điều kiện môi trường và hệ thống tương ứng Các giao thức mức cao hơn và các ứng dụng phải đưa vào tính toán tỷ lệ lỗi bit cao và cần các cơ chế thích hợp cho điều khiển chất lượng dịch vụ, hiệu chỉnh chất lượng dịch vụ và các chiến lược giảm cấp chất lượng dịch vụ để có thể cung cấp một chất lượng dịch vụ có thể chấp nhận được tới người sử dụng di động

2.3.1.2 Sự dao động của các kết nối không dây

Kết nối không dây có những đặc điểm thay đổi theo thời gian có thể ảnh hưởng đáng kể đến việc đảm bảo thực hiện kết nối Băng thông kết nối không dây thay đổi qua thời gian bởi sự không ổn định về thời gian và fading tạm thời cùng với các lỗi burst Sự biến đổi ngẫu nhiên của các kết nối, đặc biệt là khi người truyền và/hoặc người nhận di chuyển, dẫn tới trễ thay đổi trong thời gian hành trình và kết nối Sự biến đổi này có ảnh hưởng đáng kể tới việc thực hiện các giao thức có phản hồi

Hơn thế nữa, sự biến đổi của các kết nối dẫn đến thay đổi trễ truyền đầu cuối tới đầu cuối Vì vậy, những tính toán dựa trên độ trễ như tính toán thời gian chờ truyền lại cho các giao thức kiểu như TCP có thể cho lại giá trị lớn và dẫn tới khoảng nghỉ dài tức là gây hậu quả thông lượng thấp hơn và lãng phí băng thông

2.3.1.3 Di động

Không dây không có nghĩa là di động nhưng đa phần các thiết bị không dây thường

di động Di động gây ra những thách thức cho việc bảo đảm chất lượng dịch vụ Vấn

đề đầu tiên là nguồn tín hiệu của người nhận gồm nhiều loại khác nhau với vị trí và

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

thời gian do đó xuất hiện fading và hiệu ứng chắn đa hướng như đã đề cập ở phần trên Kết quả là tỷ lệ lỗi bit cao và tăng sự giao động ngẫu nhiên của các kết nối không dây Những đặc điểm này gây khó khăn cho việc bảo đảm kết nối tin cậy và dự báo tỷ lệ dữ liệu, độ trễ và mất đường truyền Vấn đề thứ hai là phải đối phó với việc duy trì kết nối, cụ thể là quản lý vị trí và định tuyến Đa phần các mạng không dây được thiết lập trong một tôpô tế bào Việc di chuyển của các đầu cuối di động từ một cell tới cell khác được gọi là chuyển vùng Khi người dùng vào một cell mới thì mạng không dây cần một khoảng thời gian để quản lý (xác nhận và quảng cáo) và để tính toán lại tuyến mới Do chuyển vùng chắc chắn là có góc trễ vì vậy trong suốt thời gian cuộc gọi có thể kết nối bị gián đoạn ngắn và một số gói có thể bị mất Ở các tầng cao hơn và các ứng dụng phải có khả năng chỉnh sửa lại cho hợp góc trễ này và cần các cơ chế để giảm ảnh hưởng của quá trình chuyển vùng

Thêm vào đó, chuyển vùng có thể gây ra những vấn đề khác Khi một người sử dụng di chuyển vào một cell với tải cao, quá trình chuyển vùng có thể bị lỗi và kết nối

bị ngắt nếu không có kênh sẵn (hoặc không có tài nguyên sẵn) trong cell mới Về nguyên tắc, hai kỹ thuật có thể được áp dụng, cụ thể là dành sẵn trước (reservation in advance) và mượn kênh (channel borrowing) Sử dụng kỹ thuật mượn kênh, người dùng có thể nhận một phần tài nguyên từ cell lân cận hoặc trạm gốc và sử dụng cơ chế chuyển vùng mềm (soft handover)

Dịch vụ không ranh giới (seamless) tạo khả năng cho người sử dụng di động di chuyển tùy ý giữa các cell khác nhau Tuy nhiên, các đầu cuối di động trong các cell khác nhau có thể chịu các tỷ lệ lỗi kênh khác nhau Điều này cũng đúng cho các di động cùng một cell Vấn đề này có thể xảy ra trong suốt quá trình chuyển vùng, khi một chủ di động đang di vào một cell giả dụ có tỷ lệ lỗi cao hơn so với ở cell cũ 2.3.1.4 Kết nối tới các mạng có dây

Truy nhập Internet sẽ là đặc trưng quan trọng của mạng không dây thế hệ sau Các đầu cuối di động có thể kết nối tới các máy cố định cho một cuộc gọi, một cuộc hội thảo video hoặc truyền thông đa phương tiện Kết nối đầu cuối kiểu này bao gồm một hoặc nhiều kết nối không dây và có dây với ít nhất một kết nối không dây Tuy nhiên, các kết nối khác nhau có tỷ lệ dữ liệu khác nhau, sự biến đổi và những ràng buộc về tỷ

lệ lỗi bit và độ trễ khác nhau Hỗ trợ chất lượng dịch vụ cho các kết nối đầu cuối tới đầu cuối trong trường hợp này là một thách thức lớn

Một vấn đề khác là hiệu ứng không đối xứng, nghĩa là có sự chênh lệch băng thông giữa hai vùng: không dây và có dây Băng thông theo chiều từ máy cố định tới máy chủ di động luôn lớn hơn băng thông trong đường truyền theo chiều ngược lại Điều này được gọi là hiệu ứng không đối xứng Kết quả là các độ trễ không đối xứng trong các hướng ngược nhau, nghĩa là độ trễ khác nhau trong hướng gửi và trả lời

2.3.1.5 Băng thông kênh thấp

Băng thông kết nối không dây là khan hiếm bởi vì phổ sóng vô tuyến có hạn Các mạng không dây có những ràng buộc cụ thể về băng thông trong so sánh với mạng có dây Việc cấp phát cho băng thông không dây rất eo hẹp Vì vậy, cung cấp dịch vụ cho các kết nối mang tính định tính nhiều hơn Mặt khác, cần có sự cân bằng giữa hiệu năng và tài nguyên mạng không dây và sự công bằng giữa những người sử dụng Các mạng có dây ngày nay thường đảm bảo truyền thông với tỷ lệ lỗi bit thấp và tốc độ cao Ngược lại, các mạng không dây điển hình thường có hiệu năng thấp do tỷ

lệ lỗi bó (bursty) cao, tốc độ dữ liệu thấp và hiệu suất phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác như vị trí thuê bao, môi trường truyền trong không khí, các điều kiện môi trường… Ví dụ, tốc độ truyền dữ liệu của mạng không dây là 19.2 kbps với công nghệ

dữ liệu gói số tế bào (Cellular Digital Packet Data Z CDPD), khoảng 300 kbps với công nghệ tốc độ dữ liệu tăng cường qua GSM (Enhanced Data rates for GSM Evolution Z EDGE), từ 384 kbps cho tới 2 Mbps với các hệ thống thế hệ di động thứ 3 (Third Generation Z 3G) Tuy nhiên, tốc độ truyền qua mạng không dây vẫn thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền dữ liệu cơ bản của Internet và các mạng có dây, vì vậy các kết nối không dây sẽ tiếp tục còn vấn đề nút cổ chai trong môi trường kết nối mạng không đồng nhất

Bên cạnh những thách thức từ môi trường truyền dẫn, mạng Ad hoc còn gặp rất nhiều thách thức từ chính những đặc điểm nổi bật của nó so với các mạng có dây khác,

cụ thể là bảo mật thông tin và điển hình là vấn đề định tuyến

2.3.2 Bảo mật thông tin

Bảo mật cũng là một vấn đề quan trọng đối với mạng Ad hoc, đặc biệt là cho các ứng dụng cảm ứng Tuy nhiên, chính những đặc điểm nổi bật của mạng Ad hoc lại đặt

ra những thách thức cho việc thực hiện các mục tiêu bảo mật

Trước hết, sử dụng kết nối không dây làm cho mạng Ad hoc nhạy cảm hơn với những tấn công kết nối từ việc nghe trộm thụ động cho tới việc giả mạo chủ động, lặp thông báo và xuyên tạc thông báo [15] Việc nghe trộm sẽ giúp cho đối thủ truy nhập vào thông tin bí mật, xâm phạm tính cẩn mật Những tấn công chủ động có thể cho phép đối thủ xoá thông báo, xen vào những thông báo lỗi, chỉnh sửa thông báo và giả mạo nút mạng

Thứ hai, những nút mạng di chuyển trong những môi trường nhạy cảm (như chiến trường) với sự bảo vệ tương đối ít, có thể bị lỗi Do đó, chúng ta không chỉ đề phòng

sự phá hoại có chủ ý từ bên ngoài mà còn phải đề phòng những phá hoại xuất phát từ bên trong gây ra bởi những nút mạng bị lỗi Vì vậy, để có thể thích nghi cao, các mạng

Ad hoc phải có kiến trúc phân tán không có các thực thể trung tâm Vì nếu thực thể trung tâm bị tổn thương thì toàn bộ mạng sẽ bị phá huỷ

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

Thứ ba, một mạng Ad hoc là động bởi việc thay đổi thường xuyên của giao thức và

cả thành viên của nó Mối quan hệ tin cậy giữa các nút mạng cũng thay đổi khi một nút mạng bị phát hiện là đang bị tổn thương Không giống như các mạng di động không dây khác như mobile IP, những nút mạng trong mạng Ad hoc có thể gia nhập một cách năng động vào các miền khác Giải pháp bảo mật với một cấu hình tĩnh bất kỳ là không đủ khả năng đáp ứng mạng Ad hoc Thêm vào đó, mạng Ad hoc có thể bao gồm hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn nút mạng Do đó, cơ chế bảo mật sẽ phải thay đổi

tỉ lệ theo độ lớn của mạng

Đối với vấn đề định tuyến, là vấn đề sống còn của mạng Ad hoc, bảo mật thông tin định tuyến là rất quan trọng Có hai mối đe doạ cho các giao thức định tuyến Thứ nhất là những kẻ tấn công từ bên ngoài Bằng việc xen thông tin định tuyến lỗi, chạy lại thông tin định tuyến cũ hoặc xuyên tạc thông tin định tuyến, một kẻ phá hoại có thể chia cắt mạng thành công hoặc đưa lưu lượng quá tải nạp vào mạng bằng cách gây ra việc truyền lại và định tuyến không có hiệu quả Thứ hai và cũng là mối đe doạ lớn hơn xuất phát từ những nút mạng bị tổn thương có thể thông báo những thông tin định tuyến sai lệch cho các nút mạng khác Việc phát hiện những thông tin lỗi kiểu này là rất khó Khi đó, những yêu cầu thông tin định tuyến được ký nhận bởi mỗi nút mạng sẽ không làm việc, bởi những nút mạng bị tổn thương có thể phát sinh những chữ ký có giá trị bằng cách sử dụng những khoá riêng của nó

Vì những lý do nêu trên, thông tin định tuyến cần được đảm bảo Đây cũng là cách để đảm bảo hiệu năng của mạng

2.3.3 Vấn đề định tuyến

Vấn đề định tuyến cơ bản là tìm ra một chuỗi thứ tự các nút mạng trung gian để có thể truyền tải các gói tin qua mạng từ nguồn tới đích bằng cách đi qua các nút mạng trung gian đó một cách phù hợp nhất [6]

Sự thay đổi động trong mạng Ad hoc tạo ra thách thức với những mục tiêu định tuyến bởi các tài nguyên khác nhau như: băng thông, nguồn điện và những yêu cầu như trễ và những yêu cầu khác về chất lượng dịch vụ Giao thức định tuyến trong các mạng có dây thường là không hoàn toàn phù hợp với môi trường không dây Chúng thường được dựa trên việc cập nhật định kỳ của các bộ định tuyến và tạo ra một overhead lớn trong một mạng tương đối rỗng và đó cũng là nguyên nhân chính gây ra những thay đổi trong tôpô [11] Bên cạnh đó, môi trường không dây khác với môi trường có dây, nó có phạm vi giới hạn và biến đổi khác với môi trường hữu tuyến.Vì vậy, cần có những giao thức định tuyến phù hợp để cho phép các nút mạng này liên lạc với nhau

Trong vấn đề định tuyến theo giải pháp từng chặng (hopZbyZhop) truyền thống, mỗi nút mạng duy trì một bảng định tuyến [6] Theo cách này, với mỗi đích đến, bảng định

tuyến liệt kê các nút mạng kế tiếp để gửi gói tin tới đích Bảng định tuyến trong mỗi nút mạng có thể được coi như là sự bao quát trong cấu trúc dữ liệu phân phối Mục tiêu của giao thức định tuyến là để đảm bảo cho toàn bộ cấu trúc dữ liệu, bao gồm cách nhìn chắc chắn và chính xác của tôpô mạng thực tế Nếu bảng định tuyến ở một số nút mạng trở nên không thích hợp thì các gói tin có thể bị lặp trong mạng Còn nếu bảng định tuyến bao gồm những thông tin không chính xác thì các gói tin có thể bị mất Vấn

đề duy trì chắc chắn và chính xác trở nên khó khăn hơn khi có sự gia tăng số lượng các nút mạng và tốc độ thay đổi tôpô

Thách thức trong việc tạo ra một giao thức định tuyến cho mạng AdZhoc là thiết kế một giao thức đơn giản mà có thể đáp ứng được tính đa dạng của điều kiện thực tế để

có thể đưa vào mạng AdZhoc Ví dụ, độ rộng băng thông khả dụng giữa hai nút mạng

có thể thay đổi từ hơn 10Kbps đến 10Mbps hoặc ít hơn Tốc độ cao nhất đạt được khi

sử dụng các giao diện mạng tốc độ cao với nhiễu nhỏ và tốc độ cực thấp có thể đạt đến khi sử dụng các giao diện mạng tốc độ thấp hoặc khi có nhiễu tác động từ các nguồn bên ngoài hoặc từ sự truyền dẫn của nút mạng

Một nguyên nhân khác gây ra sự thay đổi độ rộng băng thông là các nút mạng trong một mạng Ad hoc có thể luân chuyển giữa các thời điểm dừng cũng như di chuyển tới nút mạng khác Các điều kiện truyền qua một mạng đơn lẻ cũng có thể thay đổi, có nghĩa là trong khi một số nút mạng di chuyển chậm thì các nút mạng khác có thể thay đổi vị trí nhanh

Giao thức định tuyến phải được thực hiện hiệu quả trong các điều kiện mà các nút mạng giữ nguyên và độ rộng băng thông không phải là yếu tố giới hạn Giao thức vẫn phải thực hiện chức năng hiệu quả trong khi độ rộng băng thông thấp, tính di động cao

và tôpô mạng thay đổi nhanh

Phần lớn các giao thức định tuyến đều vận hành giao thức một cách liên tục trong vài khoảng thời gian mà không để ý đến các sự kiện bên ngoài (tác động tuần hoàn) Các tác động tuần hoàn giới hạn khả năng của các giao thức để đáp ứng sự thay đổi của môi trường Nếu các khoảng thời gian tuần hoàn được thiết lập quá ngắn, giao thức

sẽ không hiệu quả so với việc nó thực thi các hoạt động thường xuyên hơn yêu cầu cần đáp ứng, làm thay đổi tôpô mạng Nếu khoảng thời gian tuần hoàn được thiết lập quá dài, giao thức sẽ không đáp ứng được đầy đủ và nhanh chóng đối với sự thay đổi hình trạng mạng Gói tin sẽ bị mất

Từ những thách thức nêu trên cho thấy, vấn đề định tuyến quan hệ mật thiết tới chất lượng truyền tin Định tuyến nhanh, chính xác, số bước ngắn và an toàn là điều kiện đảm bảo cho chất lượng truyền tin

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

2.3.4 Một số vấn đề khác

Bên cạnh những thách thức do giới hạn của môi trường không dây nói chung, cũng như các vấn đề về định tuyến và bảo mật thì mạng Ad hoc cũng gặp một số thách thức khác trong vấn đề sử dụng tài nguyên bị giới hạn; thách thức do sự di động gây ra gián đoạn kết nối, phân mảnh thường xuyên; giới hạn băng thông truyền, thời gian sử dụng

Z Tầng ứng dụng: thực hiện chỉnh sửa các ứng dụng cũ đồng thời tạo các ứng dụng mới cho phù hợp với đặc điểm của mạng

Z Tầng giao vận: thực hiện hiệu quả việc điều khiển tắc nghẽn và điều khiển luồng

Z Tầng mạng: thực hiện hiệu quả việc đánh địa chỉ và định tuyến

Z Tầng kết nối: thực hiện nhanh quá trình chuyển vùng

Z Tầng vật lý: giảm nhiễu và lỗi truyền thông

Một trong những hướng giải pháp được lựa chọn tập trung vào tầng mạng Tại tầng mạng, rất nhiều giao thức được đưa ra để giải quyết vấn đề định tuyến

2.5 Giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin với lựa chọn định tuyến

Để giải quyết vấn đề định tuyến rất nhiều các giao thức định tuyến đã được đề xuất cho mạng Ad hoc (trên 30 giao thức khác nhau) [21] Các giao thức này được chia làm hai loại:

e Các giao thức định tuyến theo bảng: mỗi nút mạng sẽ duy trì và cập nhật bảng thông tin định tuyến tới mọi nút mạng khác Bảng thông tin định tuyến sẽ được quảng

bá tới các nút lân cận và sẽ tính toán những tuyến tối ưu từ nút nguồn tới nút đích Ví dụ: giao thức DSDV, STAR…

e Các giao thức định tuyến theo yêu cầu: Việc định tuyến chỉ được thực hiện khi

có yêu cầu chuyển gói, nhờ cơ chế tìm đường Mỗi nút mạng duy trì dữ liệu về các nút lân cận nhất và quảng bá thông tin này tới tất cả các nút khác trên mạng Việc cập nhật được gửi một cách liên tục qua mạng, các nút mạng sử dụng cách nhìn tổng quan này

để tính toán các tuyến tối ưu Khi một tuyến được phát hiện và thiết lập nó được duy trì bởi thủ tục duy trì tuyến cho đến khi hoặc tuyến không còn được yêu cầu nữa hoặc không thể đến được đích theo mọi đường từ nguồn Giao thức loại này phải kể đến là: SSR, DSR, AODV, TORA…

Hiện nay, DSDV, DSR, TORA, AODV là những giao thức điển hình và được sử dụng phổ biến

2.5.1 Các nguyên lý định tuyến cơ bản trong mạng Ad hoc

Cơ chế hoạt động của các thuật toán định tuyến trong các mạng Ad hoc đa phần đều dựa trên một số nguyên lý cơ bản [4]

Định tuyến về bản chất được coi là một phiên bản của bài toán chọn đường ngắn nhất, đảm bảo ổn định và giảm overhead định tuyến liên quan [4] Mỗi nút mạng trong mạng duy trì cho mỗi đích một nút mạng lân cận ưu tiên Mỗi gói dữ liệu chứa đựng một trường nhận dạng nút mạng đích trong tiêu đề của chúng Khi một nút mạng nhận một gói dữ liệu, nó chuyển gói tới nút mạng lân cận ưu tiên cho đích đến Tiến trình chuyển gói tiếp tục cho tới khi gói đến được đích Cách thức mà trong đó các bảng định tuyến được xây dựng, duy trì và cập nhật khác nhau với mỗi phương thức định tuyến Phương thức định tuyến kiểu chặng kế tiếp (nextZhop) có thể được phân loại thành hai loại cơ bản: trạng thái kết nối (LinkZState) và vector khoảng cách (DistanceZVector)

LinkZstate

LinkZstate tập trung vào phương thức tính toán đường ngắn nhất Mỗi nút mạng duy trì sự bao quát về hình trạng mạng Để giữ chắc chắn sự bao quát này, mỗi nút mạng quảng bá định kì thông qua kết nối tới tất cả các nút khác sử dụng giao thức Flooding Khi một nút mạng nhận thông tin này, nó sẽ cập nhật hình trạng mạng và ứng dụng thuật toán đường ngắn nhất để lựa chọn bước tiếp theo cho mỗi đích Sự bao quát của nút mạng có thể sai bởi trễ truyền phát, phân mảnh mạng Sự bao quát không chắc chắn về hình trạng mạng có thể dẫn tới lặp thông tin Tuy nhiên các vòng lặp này tồn tại rất ngắn bởi vì chúng biến mất trong thời gian một bản tin đi qua mạng

và phát quảng bá định kỳ tới mỗi nút mạng lân cận

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

2.5.2 Giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin với lựa chọn định tuyến

Một trong những biểu hiện dễ nhận thấy nhất từ những thách thức đã trình bày trên

là tỷ lệ mất gói tăng Tỷ lệ mất gói có ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng dịch vụ của mạng Ad hoc, đặc biệt là chất lượng định tuyến Tỷ lệ mất gói càng thấp tương ứng với việc gói tin được đảm bảo gửi tới địa chỉ nhận, tuyến được đảm bảo an toàn và do đó hiệu quả định tuyến sẽ càng cao

Vì vậy, cần tạo ra những giao thức Multicast và định tuyến mới có khả năng thực hiện các chức năng sau đây:

Z Thực hiện định tuyến là động, phát hiện tự động các tuyến mới hoặc bị lỗi

Z Giảm thiểu tỷ lệ mất gói

Z Tự động lựa chọn những tuyến có chất lượng cao nhất, ít tắc nghẽn nhất

Z Cung cấp một cơ chế Multicast hiệu quả qua kênh quảng bá không dây

Do đó, bài đồ án này hướng tới mục tiêu xây dựng một mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến cho mạng Ad hoc Mô hình là một hệ thống chứa một hàm ra quyết định thông qua những tính toán về tỷ lệ mất gói ở máy nhận, đánh giá chất lượng kết nối, lưu lượng mạng để lựa chọn một phương pháp định tuyến phù hợp Từ đó tạo thông tin phản hồi lại cho các nút mạng Hoạt động của mô hình này được thực hiện trên lớp mạng, dựa trên việc lựa chọn thực hiện một trong ba giao thức điển hình: DSDV, DSR, AODV

Như đã nêu, nhiều giao thức định tuyến đã được đề xuất để hỗ trợ cho Ad hoc Tuy vậy, chưa có một giao thức nào có khả năng hoạt động ổn định cao, thực hiện định tuyến linh hoạt thích ứng với điều kiện lưu lượng và môi trường truyền dẫn Việc đưa

ra một mô hình lựa chọn linh hoạt như vậy sẽ tận dụng được những ưu điểm của các giao thức, hạn chế nhược điểm đồng thời làm cho hoạt động của mạng trở nên mềm dẻo hơn, nhằm mục đích chính là giảm thiểu tỷ lệ mất gói xuống thấp nhất trong truyền tin qua mạng Ad hoc

Trước khi đi vào trình bày mô hình lựa chọn định tuyến ở chương IV, bài đồ án sẽ điểm qua một số giao thức điển hình và phân tích đánh giá khả năng áp dụng chúng cho mạng Ad hoc trong chương III tiếp theo Việc nghiên cứu nguyên lý một số giao thức điển hình này sẽ là cơ sở để xây dựng mô hình lựa chọn định tuyến linh hoạt

CHƯƠNG III: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐIỂN HÌNH VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG

3.1 Giao thức DSDV (giao thức Vector khoảng cách chuỗi đích)

Các gói được truyền giữa các nút mạng sử dụng những bảng định tuyến được lưu trữ ở mỗi nút Mỗi bảng định tuyến ở mỗi nút mạng ghi lại tất cả những đích có sẵn và

số các bước đến mỗi đích này Mỗi danh mục bảng định tuyến được gắn với một số tuần tự phát sinh bởi nút mạng đích Để duy trì tính kiên định của các bảng định tuyến trong tôpô động, mỗi nút mạng phải truyền định kỳ việc cập nhật định tuyến Các gói chỉ ra các nút mạng có thể tới từ mỗi nút và số bước cần thiết để đến được

3.1.2 Cấu trúc bảng định tuyến

Dữ liệu quảng bá bởi mỗi máy di động bao gồm số tuần tự mới của nó và các thông tin sau đây cho mỗi tuyến mới:

Địa chỉ đích

Số các bước cần thiết để tới được đích

Số tuần tự của thông tin được nhận liên quan tới đích đó

Các bảng định tuyến truyền phát cũng bao gồm: địa chỉ phần cứng và địa chỉ mạng (nếu thích hợp) của các máy di động đang truyền dẫn trong tiêu đề gói Các tuyến với

số thứ bằng nhau thì tuyến có giá trị bước nhỏ nhất được sử dụng Bảng định tuyến cũng bao gồm một số tuần tự được tạo bởi bộ truyền phát Các tuyến với các số tuần tự

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

mới hơn sẽ luôn được ưu tiên, như cơ sở để ra quyết định, không cần thiết phải quảng

bá Bằng cách tự nhiên mà theo đó các bảng định tuyến được phân phát, số tuần tự được gửi tới tất cả các máy di động, một trong số đó quyết định duy trì một phần lưu trữ định tuyến cho máy di động khởi tạo

Một trong các tham số quan trọng được lựa chọn là thời gian giữa việc quảng bá các gói thông tin định tuyến Tuy nhiên, khi thông tin tuyến mới hoặc tuyến sửa đổi được nhận bởi một nút di động, thông tin mới sẽ được phát lại sớm Việc quảng bá lại một cách nhanh chóng sẽ đưa ra một yêu cầu mới cho các giao thức để hội tụ ngay khi có thể

3.1.3 Cơ chế hoạt động

Giao thức DSDV yêu cầu mỗi trạm di động quảng cáo bảng định tuyến của nó tới các trạm lân cận Phần lưu trữ trong bảng có thể thay đổi động theo thời gian Vì vậy, việc quảng cáo phải tạo ra đầy đủ để đảm bảo rằng mọi máy tính di động có thể thường xuyên định vị được các máy tính di động khác Thêm vào đó, mỗi nút di động phải chấp nhận trễ các gói dữ liệu truyền tới các nút mạng khác theo yêu cầu Sự chấp nhận này khuyến khích khả năng xác định số bước nhỏ nhất cho một tuyến tới đích Điều này cũng tránh nhiễu không cần thiết tới các trạm di động đang trong cơ chế không hoạt động Theo cách này một nút di động có thể trao đổi dữ liệu với các nút di động khác trong nhóm thậm chí nếu mục tiêu truyền dữ liệu không nằm trong vùng truyền thông trực tiếp

Nút di động gây ra gián đoạn kết nối khi chúng di chuyển từ nơi này đến nơi khác Kết nối bị gián đoạn có thể được phát hiện bằng giao thức ở lớp 2 hoặc nó có thể được suy ra nếu không có bản tin quảng bá nào được nhận từ một nút mạng lân cận trước Kết nối bị gián đoạn được mô tả như là một giá trị bước bằng ∞ Khi một kết nối đến bước tiếp theo bị gián đoạn, các tuyến qua bước tiếp theo đó được đánh dấu ngay lập tức bằng một giá trị bước ∞ và một số tuần tự cập nhật Việc xây dựng thông tin để miêu tả các kết nối bị gián đoạn chỉ là tình trạng xảy ra khi số tuần tự được tạo ra bởi một trạm di động nào đó khác với nút mạng đích Số tuần tự đưa ra bởi các nút mạng khởi tạo, được định nghĩa là các số bằng nhau và các số tuần tự được tạo ra để chỉ giá trị vô hạn là các số lẻ Theo cách này, các số tuần tự “thực” sẽ thay thế một giá trị bước bằng ∞ Khi một nút mạng nhận một giá trị bước ∞ và nó có một số tuần tự sau cùng với một giá trị hữu hạn, nó sẽ tạo ra một bản tin quảng bá cập nhật tuyến để thông báo các tin tức quan trọng về đích

Trong một số rất lớn các trạm di động, sự điều chỉnh sẽ giống như được thực hiện trong thời gian giữa các lần quảng bá của các gói tin định tuyến Để làm giảm bớt lượng thông tin mang trong các gói này, người ta định nghĩa hai loại thông tin Một loại

sẽ mang toàn bộ thông tin định tuyến, được gọi là “Full dump” tức là kết xuất đầy

Kiểu thứ hai là sẽ chỉ mang thông tin thay đổi kể từ “Full dump” cuối cùng, được gọi là

“Incremental” hay gia tăng Theo thiết kế, một cập nhật định tuyến gia tăng sẽ phù hợp với một đơn vị dữ liệu giao thức mạng (Network Protocol Data Unit Z NPDU) “Full dump” sẽ giống như yêu cầu các NPDU đa phương, thậm chí có liên quan đến mật độ nhỏ các nút di động Các “Full dump” có thể được truyền không đều đặn khi không có

sự di chuyển của các nút di động Khi sự di chuyển trở nên đều thường xuyên và cỡ của một “Incremental” gần tới cỡ của một NPDU thì một “Full dump” có thể được đưa vào lịch trình Các nút di động sẽ bổ xung vài giá trị cho việc xác định những thay đổi tuyến quan trọng để được gửi đi với mỗi quảng cáo “Incremental” Trường hợp khi một tuyến ổn định đưa ra một giá trị khác cho một số đích giống như cấu thành một sự thay đổi quan trọng mà cần thiết được quảng cáo sau sự ổn định Nếu một số tuần tự mới cho một tuyến được nhận nhưng giá trị vẫn giống thế thì nó sẽ không coi như một sự thay đổi quan trọng

3.1.4 Tiêu chuẩn để lựa chọn tuyến

Khi một nút di động nhận một thông tin định tuyến mới (thường là một gói

“Incremental”), thông tin đó được so sánh với thông tin sẵn có từ các gói thông tin định tuyến trước đó Bất kỳ tuyến nào với số tuần tự mới hơn sẽ được sử dụng Các tuyến với số tuần tự cũ hơn bị vứt bỏ Một tuyến với số tuần tự bằng với tuyến đang tồn tại được lựa chọn nếu nó có một giá trị các bước tốt hơn và khi tuyến bị loại bỏ hoặc được lưu một cách ít thích hợp hơn Giá trị cho các tuyến được lựa chọn từ thông tin quảng

bá mới nhận mỗi lần tăng lên một bước Các tuyến được ghi mới sẽ được đưa vào lịch trình cho sự quảng cáo ngay lập tức tới các nút lân cận hiện tại của nút di động Các tuyến chỉ ra một giá trị cải tiến được đưa vào lịch trình cho việc quảng cáo tại một thời gian mà phụ thuộc vào thời gian nghỉ trung bình của các tuyến tới đích

Trong một mẫu của các nhân tố truyền dẫn độc lập, một số sự thay đổi có thể phát triển việc sử dụng các thủ tục trên cho các tuyến cập nhật Một nút di động đặc biệt nhận thông tin định tuyến mới trong một mẫu gây nên thay đổi các tuyến từ bước tiếp sau tới các bước khác, thậm chí khi nút mạng đích không di chuyển Điều này xảy ra bởi vì có hai cách lựa chọn các tuyến mới: chúng có thể có một số tuần tự mới hơn hoặc có một giá trị tốt hơn Một nút di động luôn nhận hai tuyến tới cùng một đích, với một số tuần tự mới hơn, nhưng thường có được tuyến với giá trị không tốt đầu tiên Mỗi giá trị mới được truyền tới các nút mạng lân cận và các nút mạng lân cận lại truyền tới các nút mạng lân cân của nó và cứ tiếp tục như thế

Một giải pháp để làm trễ việc quảng cáo của các tuyến này khi một nút di động có thể quyết định một tuyến với giá trị tốt hơn có khả năng đưa ra sớm Tuyến với số tuần

tự mới hơn phải sẵn có để sử dụng, nhưng không phải được quảng cáo ngay lập tức trừ khi trước đó có một tuyến không tới được đích Vì vậy, sẽ có hai bảng định tuyến được giữ tại mỗi nút mạng, một để sử dụng với các gói phát và một để quảng cáo thông qua

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

các gói tin định tuyến gia tăng Để xác định xác suất việc tới của thông tin định tuyến mang giá trị tốt hơn, nút di động phải giữ một quá trình thời gian trung bình mà các tuyến tới một đích cụ thể thay đổi cho tới khi tuyến nhận được giá trị tốt hơn Thủ tục này có thể cho phép dự đoán thời gian chờ đợi trước khi quảng cáo các tuyến mới 3.1.5 Ví dụ về hoạt động của DSDV

Hình 3.1e Sự di chuyển trong mạng Adehoc Trên hình 3.1 xem xét trạm di động 4 (MH4) Bảng 3.1 cho thấy một cấu trúc của bảng định tuyến truyền phát được duy trì tại MH4 Giả sử địa chỉ của mỗi trạm di động được thể hiện là MHi và tất cả các số tuần tự được biểu thị là SNNN_MHi với MHi là trạm di động tạo ra số tuần tự đó và SNNN là giá trị số tuần tự Cũng giả sử rằng có các phần lưu trữ dành cho tất cả các trạm di động với các số tuần tự SNNN_MHi trước khi

MH1 di chuyển ra xa MH2 Trường thời gian cài đặt giúp việc ra quyết định khi xóa tuyến cũ Từ bảng 3.1, địa chỉ của mỗi trạm có thể ước lượng được trong trường hợp tất

cả các trạm trở thành khả dụng với MH4 tại một khoảng thời gian, bởi vì thời gian cài đặt cho phần lớn chúng là tương tự Địa chỉ của mỗi trạm cũng có thể ước lượng khi

mà không có kết nối nào giữa các trạm bị gián đoạn Ptr1_MHi là các con trỏ trỏ tới các cấu trúc rỗng, bởi vì không có tuyến nào trên hình 3.1 bị thay thế hoặc tranh chấp với các tuyến khác để tới đích

Đích Bước kế

tiếp

Giá trị bước

Số tuần tự Cài đặt Cờ Dữ liệu ổn

S710_MH4S392_MH5

T001_MH4T001_MH4T001_MH4

T001_MH4T002_MH4

Ptr1_MH1Ptr1_MH2Ptr1_MH3

Ptr1_MH4Ptr1_MH5

Ptr1_MH6Ptr1_MH7Ptr1_MH8

Bảng 3.1e Cấu trúc bảng định tuyến truyền đi của MH4

Bảng 3.2 cho thấy cấu trúc bảng định tuyến quảng cáo của MH4

Đích Giá trị bước Số tuần tự

S392_MH5S076_MH6S128_MH7

S050_MH8Bảng 3.2e Bảng định tuyến quảng bá của MH4

Bây giờ giả sử MH1 di chuyển trong vùng phủ chung của MH5 và MH7 và đến từ vùng khác (MH2) Các bảng định tuyến mới tại MH4 phải xuất hiện sau đó như trên bảng 3.3

Đích Bước kế

tiếp

Giá trị bước

Số tuần tự Cài đặt Cờ Dữ liệu ổn

S502_MH5S186_MH6

T810_MH4

T001_MH4T001_MH4T001_MH4

T002_MH4T001_MH4

M Ptr1_MH1

Ptr1_MH2Ptr1_MH3Ptr1_MH4

Ptr1_MH5Ptr1_MH6

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

T002_MH4T002_MH4

Ptr1_MH7Ptr1_MH8Bảng 3.3e Bảng định tuyến truyền đi của MH4 đã cập nhật

Chỉ đầu vào cho MH1 đưa ra một giá trị mới, nhưng trong thời gian xen vào đó, nhiều đầu vào với số tuần tự mới được nhận Bởi vậy, phần đầu vào đầu tiên phải được quảng cáo trong thông tin định tuyến gia tăng tiếp theo cho tới khi một “full dump” kế tiếp xảy ra Khi MH1 di chuyển trong vùng phủ chung của MH5 và MH7, nó tạo ra một gói cập nhật thông tin định tuyến gia tăng mà sau đó quảng bá tới MH6 MH6 xác định rằng thông tin định tuyến mới quan trọng đã được nhận, nó cũng tạo ra một gói cập nhật ngay lập tức mà được mang dọc theo các thông tin định tuyến mới cho MH1 Sau

đó, dựa trên việc nhận thông tin này, MH4 sẽ quảng bá nó cho tới khi “full dump” tiếp theo xuất hiện Tại MH4, gói cập nhật định tuyến quảng cáo gia tăng sẽ có một dạng như trong bảng 3.4

Đích Giá trị bước Số tuần tự

Trong quảng cáo này, thông tin định tuyến cho MH4 đến đầu tiên bởi vì nó đang quảng cáo Thông tin định tuyến cho MH1 đến tiếp sau, không phải vì nó có địa chỉ thấp hơn mà bởi vì MH1 có sự thay đổi tuyến quan trọng ảnh hưởng đến nó Điều này như một quy tắc chung, các tuyến với các giá trị thay đổi đầu tiên được chứa đựng trong mỗi gói gia tăng Không gian còn lại được sử dụng bao gồm các tuyến với các số tuần tự đã thay đổi

3.1.5.1 Giảm những thay đổi thất thường

Phần tiếp theo miêu tả bảng thời gian được sử dụng để làm giảm những thay đổi thất thường của các quảng cáo phần lưu trữ bảng định tuyến Vấn đề chung nảy sinh bởi các gói cập nhật định tuyến được lựa chọn theo các tiêu chuẩn sau:

• Các tuyến luôn được ưu tiên nếu có số tuần tự lớn hơn

• Mặt khác, các tuyến sẽ được ưu tiên hơn nếu các số tuần tự như nhau nhưng giá trị các bước nhỏ hơn

Giả sử hai tuyến với các số tuần tự giống hệt nhau được nhận bởi một trạm di động nhưng theo một thứ tự sai Nói cách khác, giả sử rằng MH4 nhận bước kế tiếp có giá trị cao hơn trước tiên và sau đó nhận một bước tiếp khác với giá trị nhỏ hơn nhưng số tuần

tự là như nhau Điều này có thể xảy ra khi có nhiều các trạm di động truyền phát các gói cập nhật của nó không đều đặn Nếu các trạm di động đang hoạt động độc lập với các khoảng truyền dẫn khác nhau rõ ràng thì tình trạng này có thể ít xảy ra hơn với các trạm Giả sử, ở hình 3.2 trong sự kiện có đủ các trạm di động để gây ra vấn đề trong hai kiểu tách rời của các trạm di động đều kết nối tới một đích chung MH9 Giả sử tiếp rằng tất cả các trạm di động đang truyền các gói cập nhật khoảng 15s, trạm di động

MH2 có một tuyến tới MH9 với 12 bước và trạm di động MH6 có một tuyến tới MH9

với 11 bước Hơn nữa, giả sử gói cập nhật thông tin định tuyến từ MH2 đến MH4khoảng chừng 10s trước gói cập nhật thông tin định tuyến từ MH6 Điều này sẽ xảy ra mọi lúc với một số tuần tự mới được đưa ra từ trạm di động MH9 Trong thực tế, việc sai lệch thời gian có thể rất lớn nếu trạm di động trong kiểu II bắt đầu đưa ra các gói cập nhật số tuần tự trong các khoảng thời gian cập nhật gia tăng đa phương, như xảy ra trong trường hợp khi có quá nhiều trạm với các gói cập nhật số tuần tự mới phù hợp với một gói cập cập nhật gia tăng đơn

Hình 3.2e Các tuyến thay đổi thất thường

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

Thời gian nghỉ được tính toán bằng việc duy trì một sự vận hành, lấy trung bình qua các gói cập nhật mới nhất của các tuyến cho mỗi đích

Giả sử một gói cập nhật thông tin định tuyến mới đến trạm di động MH4 Số tuần tự trong phần lưu trữ mới là giống với số tuần tự trong phần lưu trữ sử dụng hiện tại, và phần lưu trữ mới hơn có một giá trị sai Tiếp đó MH4 phải sử dụng phần lưu trữ mới trong việc đưa ra các quyết định truyền phát tiếp theo Tuy nhiên, MH4 không phải quảng cáo tuyến mới ngay lập tức và có thể tham khảo bảng thời gian nghỉ tuyến của

nó để quyết định phải chờ đợi bao lâu trước khi quảng cáo Thời gian nghỉ trung bình được sử dụng cho quyết định này Ví dụ, MH4 có thể quyết định trễ một khoảng bằng hai lần thời gian nghỉ trung bình trước khi quảng cáo một tuyến

Điều này có thể khá hữu ích bởi nếu tuyến không ổn định được quảng bá ngay lập tức thì hiệu quả sẽ gây gợn sóng qua mạng và điều này sẽ được lặp lại mỗi khi các gói cập nhật số tuần tự của MH9 làm gợn sóng qua mạng Ad hoc Theo cách khác, nếu một kết nối qua MH6 thực sự gián đoạn thì việc quảng cáo của một tuyến thông qua MH2 sẽ tiếp tục ngay lập tức Để đạt được điều này khi đã có một quá trình thay đổi tại MH4, việc gián đoạn kết nối sẽ được phát hiện nhanh đủ để một trạm trung gian trong kiểu II tìm ra vấn đề và bắt đầu một gói cập nhật ra tăng cho thấy một giá trị bước ∞ cho một tuyến dọc theo đường tới trạm di động MH9 Các tuyến với giá trị bước ∞ theo quy tắc của giao thức này được quảng cáo ngay lập tức không cần trễ

3.1.6 Kết luận

Thuật toán DSDV đã được đề xuất như một sự biến đổi của phương pháp định tuyến vector khoảng cách mà trong đó các nút mạng di động hợp thành một mạng Ad hoc DSDV rất hữu ích cho việc tạo ra các mạng AdZhoc có số lượng các nút di động nhỏ nhưng không hữu ích cho số lượng lớn DSDV cũng yêu cầu mỗi nút di động duy trì một danh sách hoàn thành các tuyến từ một nút mạng tới đích nằm trong mạng AdZhoc Việc giữ bảng định tuyến làm giảm độ trễ định tuyến trước khi truyền gói đầu tiên tới đích Thường hệ thống lớn quảng bá giới hạn kích thước mạng Ad hoc có thể sử dụng hiệu quả DSDV bởi vì overhead thông báo điều khiển tăng lên 0(n2) DSDV cũng yêu cầu mỗi nút di động duy trì một danh sách toàn bộ tuyến Việc giữ bảng định tuyến

sẽ làm giảm độ trễ định tuyến trước khi truyền gói đầu tiên tới đích Do đó, ưu điểm và nhược điểm chính của DSDV là:

Ưu điểm: Thời gian trả lời định tuyến nhanh

Nhược điểm: Sẽ phải thực hiện quá nhiều điều khiển lưu lượng khi có nhiều sự thay đổi trên mạng

3.2 Giao thức DSR (định tuyến nguồn động)

3.2.1 Giới thiệu

Giao thức định tuyến nguồn động (Dynamic Source Routing – DSR) là một giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả được thiết kế riêng biệt cho sử dụng các mạng Ad hoc không dây đa bước của các nút di động [8, 17] Sử dụng DSR, mạng tự tổ chức và

tự tạo hình dạng hoàn toàn, không cần hạ tầng mạng tồn tại hay những người quản lý mạng Những nút mạng (máy tính) hợp tác để gửi những gói dữ liệu cho nhau để cho phép truyền thông qua đa bước giữa các nút vô hướng trong truyền vô tuyến Khi các nút mạng trong mạng di chuyển hoặc tham gia hoặc rời khỏi mạng, và khi các điều kiện truyền vô tuyến như: nguồn thay đổi nhiễu, tất cả việc định tuyến đều được quyết định một cách tự động và duy trì bởi giao thức định tuyến DSR

Trong thiết kế DSR, người ta cố gắng tạo ra một giao thức có overhead rất bé để có thể phản ứng nhanh với những thay đổi trên mạng, việc cung cấp dịch vụ phản ứng nhanh để giúp phân phát các gói dữ liệu đảm bảo thành công, mà không quan tâm tới

sự di chuyển của nút mạng hay những thay đổi khác trong mạng

3.2.2 Cơ chế hoạt động của giao thức

Giao thức DSR có hai cơ chế cơ hoạt động cùng với nhau, cho phép việc phát hiện

và duy trì những nút mạng nguồn trong mạng Ad hoc:

Z Phát hiện tuyến: là cơ chế mà nút mạng S muốn gửi một gói tới đích D và tồn tại một tuyến nguồn tới D Phát hiện tuyến được sử dụng chỉ khi S cố gắng gửi một gói tới D và không biết tuyến nào tới D

Z Duy trì tuyến: là cơ chế mà nút mạng S có thể phát hiện trong khi sử dụng một tuyến nguồn tới D, nếu tôpô mạng đã thay đổi thì nó có thể không sử dụng tuyến tới D nữa bởi một kết nối theo tuyến không làm việc Khi duy trì tuyến chỉ ra một tuyến nguồn bị gián đoạn thì S có thể cố gắng sử dụng một tuyến khác mà nó ngẫu nhiên biết tới D hoặc có thể yêu cầu phát hiện tuyến lần nữa

để tìm một tuyến mới Duy trì tuyến chỉ được sử dụng khi nút mạng S trên thực

tế đang gửi các gói tin tới nút mạng D

Phát hiện và duy trì tuyến hoạt động hoàn toàn theo yêu cầu Không giống như các giao thức khác, DSR yêu cầu không gửi các gói định kỳ bất kỳ loại nào ở bất kỳ mức nào trong mạng Ví dụ, DSR không sử dụng bất kỳ quảng cáo định tuyến định kỳ hay các gói phát hiện lân cận, DSR không tin vào những nhiệm vụ này của các giao thức tầng dưới trong mạng Thuộc tính hoàn toàn theo yêu cầu và giảm hoạt động định kỳ cho phép số gói overhead tạo ra bởi DSR giảm tới 0, khi tất cả các nút mạng gần như dừng đối với nhau và tất cả các nút mạng cần cho truyền thông hiên tại đã được phát hiện Khi các nút bắt đầu di chuyển nhiều hơn hoặc khi các mẫu truyền thông thay đổi,

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

overhead gói định tuyến của DSR sẽ tự động giãn ra chỉ để cần tìm những tuyến hiện tại đang sử dụng

DSR cũng hỗ trợ hoạt động tương tác giữa các loại mạng không dây khác nhau, nó cho phép một nút nguồn tạo các bước qua việc kết hợp các loại mạng sẵn có Ví dụ, một số nút mạng trong mạng Ad hoc có thể chỉ có các sóng vô tuyến ngắn, trong khi những nút mạng khác thì lại có cả sóng vô tuyến ngắn và dài Việc kết hợp các nút mạng lại với nhau khi đó sẽ được DSR coi như một mạng Ad hoc đơn Thêm vào đó, việc định tuyến DSR đã được kết hợp với định tuyến theo chuẩn Internet, ở đấy một nút gateway kết nối tới Internet cũng có thể tham gia vào các giao thức định tuyến mạng

Ad hoc, và DSR cũng đã được kết hợp với định tuyến Mobile IP nơi mà các nút mạng gateway cũng có vai trò như một agent khách của Mobile IP

3.2.3 Phát hiện tuyến DSR cơ bản

Khi nút S khởi đầu một gói mới tới một nút D khác, nó sẽ đặt vào trong phần header của gói một tuyến nguồn chỉ ra số bước tuần tự mà gói sẽ theo các tuyến đấy để tới đích D Thông thường, S sẽ sử dụng một tuyến nguồn phù hợp bằng cách tìm kiếm trong phần lưu trữ tuyến đã được biết trước đấy Nhưng nếu không có tuyến nào được tìm thấy trong cache thì nó sẽ bắt đầu giao thức phát hiện tuyến để phát hiện động một tuyến mới tới D Trong trường hợp này, S được gọi là nút khởi đầu (initiator) và D là nút đích (target) của phát hiện tuyến

Ví dụ trên hình 3.3 biểu diễn một phát hiện tuyến, trong đó, nút mạng A đang tìm cách phát hiện tuyến tới E Để khởi tạo phát hiện tuyến, nút mạng A sẽ truyền một thông báo Route Request (yêu cầu tuyến) như một gói quảng bá vùng đơn và tất cả các nút trong miền truyền vô tuyến của A nhận thông báo này Mỗi thông báo Route Request định danh nút khởi đầu và nút đích của phát hiện tuyến và nó cũng chứa một request id duy nhất được quyết định bởi nút khởi đầu của Request Mỗi Route Request sao chép thông báo Route Request đã được gửi Nút khởi đầu của phát hiện tuyến sẽ khởi tạo cho bản ghi định tuyến một danh sách rỗng

Hình 3.3: ví dụ về phát hiện tuyến: nút A là nút khởi đầu và nút E là nút đích Khi nút mạng khác nhận một Route Request, nếu có nút mạng đích từ phát hiện tuyến, nó sẽ trả về một thông báo Route Reply cho nút khởi đầu của phát hiện tuyến, đưa một bản sao chép tuyến được tích luỹ và ghi lại từ Route Request Khi nút khởi đầu nhận Route Reply, nút mạng sẽ lưu tuyến này trong Route Cache để sử dụng khi gửi

các gói tiếp theo tới đích Mặt khác, nếu nút mạng nhận Route Request đã đọc được thông báo Route Request từ nút khởi đầu gửi tới với một request id thì nó sẽ phát hiện địa chỉ đã được ghi vào bản ghi định tuyến trong thông báo Route Request và loại bỏ yêu cầu này Mặt khác, nút mạng sẽ gắn vào địa chỉ của nó tới bản ghi tuyến trong thông báo Route Request và truyền đi như một gói quảng bá vùng (với cùng một request id)

Trả về Route Reply tới nút khởi đầu của phát hiện tuyến như nút E hồi đáp tới nút mạng A Nút E sẽ kiểm tra Route Cache cho một tuyến trở lại A và nếu nó tìm thấy, nó

sẽ sử dụng tuyến đó để tuyến nguồn phân phát các gói đang chứa Route Reply Mặt khác, nút E có thể thực hiện phát hiện tuyến của nó cho nút đích A nhưng để giảm đệ quy vô hạn việc phát hiện tuyến, nó có thể phải mang những gói dữ liệu nhỏ khác, như một gói TCP SYN Nút mạng E có thể cũng đảo ngược một cách đơn giản các bước tuần tự trong bản ghi tuyến mà nó cố gắng gửi trong Route Reply và sử dụng tuyến này khi tuyến nguồn trên gói đang tự mang Route Reply Giao thức MAC như IEEE 802.11 yêu cầu một khung trao đổi hai chiều như phần giao thức MAC, đảo ngược tuyến được

ưu tiên khi nó ngăn overhead của phát hiện tuyến thứ hai có thể thực hiện được và nó

sẽ kiểm tra tuyến được phát hiện để chắc chắn là hai chiều trước khi nút khởi nguồn phát hiện tuyến bắt đầu sử dụng tuyến Tuy nhiên, kỹ thuật này sẽ ngăn cản việc phát hiện các tuyến đang sử dụng các kết nối một chiều Trong môi trường không dây, người ta cho phép sử dụng các kết nối một chiều, một số trường hợp các tuyến có thể hoạt động hiệu quả hơn các tuyến chỉ với các kết nối hai chiều

Khi bắt đầu một phát hiện tuyến, nút nguồn sẽ lưu một phiên bản của gói gốc trong một vùng bộ đệm được gọi là Send Buffer Send Buffer chứa một phiên bản cho mỗi gói không thể truyền bởi nút mạng này vì nó chưa có một tuyến nguồn tới đích Mỗi gói trong Send Buffer sẽ được stamp với thời gian được đặt trong bộ đệm và huỷ bỏ trước khi lưu trong Send Buffer trong một số khoảng timeout Để ngăn không cho Send Buffer bị tràn thì một FIFO hoặc một kế hoạch thay thế khác có thể được sử dụng để loại bỏ các gói trước khi chúng hết hiệu lực

Trong khi gói tin lưu trong Send Buffer, nút mạng có thể khởi tạo một phát hiện tuyến mới cho địa chỉ đích của gói Tuy nhiên, nút mạng phải giới hạn tốc độ như các phát hiện tuyến mới cho cùng một địa chỉ được khởi tạo, khi hiện tại nút đích không thể tới được Cụ thể, để giới hạn dãy truyền vô tuyến và sự di chuyển của các nút trong mạng, mạng đó có thể bắt đầu phân mảnh, nghĩa là không có các nút tuần tự qua mà một gói được hướng để tới đích Phụ thuộc vào mẫu di chuyển và mật độ các nút trong mạng, việc phân mảnh mạng có thể hiếm hoặc thường xuyên xảy ra

Nếu một phát hiện tuyến mới đã được bắt đầu cho mỗi gói gửi bởi một nút mạng trong trạng thái như vậy thì một lượng lớn các gói Route Request không hữu ích sẽ được truyền thông qua một nhóm mạng Ad hoc có thể tới được từ nút mạng này Để

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

giảm overhead từ phát hiện tuyến, người ta sử dụng backZoff theo kiểu số mũ để giới hạn tốc độ ở các phát hiện tuyến mới có thể được bắt đầu bởi bất kỳ tuyến nào cho cùng một đích Nếu nút mạng cố gắng gửi các gói dữ liệu gia tăng tới cùng một nút mạng thường xuyên hơn mức giới hạn này thì các gói đến sau sẽ được lưu trong Send Buffer cho đến khi một Route Reply được nhận Nhưng nút mạng này phải không bắt đầu một phát hiện tuyến mới cho đến khi khoảng thời gian nhỏ nhất có thể cho phép giữa các phát hiện tuyến mới tới được nút mạng đích

3.2.4 Duy trì tuyến DSR cơ bản

Khi bắt đầu hoặc gửi một gói đang sử dụng ở tuyến nguồn, mỗi nút mạng truyền gói phải có nghĩa vụ xác nhận gói này đã được nhận bởi bước kế tiếp dọc theo tuyến nguồn Gói được truyền lại (cho tới một số lớn nhất) cho đến khi sự xác nhận này được nhận Ví dụ, trong hình 3.3 nút mạng A khởi đầu một gói cho nút mạng E sử dụng một tuyến nguồn qua các nút trung gian B, C và D Trong trường hợp này, nút mạng A có nghĩa vụ xác nhận gói ở B, nút mạng B có nghĩa vụ xác nhận ở nút C, nút C có nghĩa

vụ xác nhận ở nút mạng D và cuối cùng nút mạng D có nghĩa vụ xác nhận ở đích E Nếu gói được truyền lại một số bước với số lần max và không có sự xác nhận nào được nhận thì nút mạng sẽ trả về một thông báo Route Error tới người gửi gói tin đầu tiên và như vậy việc thực hiện kết nối có thể không xảy ra Ví dụ, trong hình 3.3 nếu C không thể phân phát các gói tới bước tiếp theo D thì nút mạng C sẽ trả về một thông báo Route Error tới nút A để tuyên bố kết nối từ C tới D hiện tại bị gián đoạn Khi đó, nút mạng A sẽ chuyển kết nối bị gián đoạn này vào cache của nó Bất cứ gói khởi đầu truyền lại nào đều là một chức năng của giao thức lớp trên như TCP Để gửi một sự phát lại hay các gói khác tới cùng một đích E, nếu nút mạng A có trong Route Cache một tuyến khác tới nút mạng E nó có thể gửi một gói đang sử dụng tuyến mới

3.2.5 Các tính năng phát hiện tuyến gia tăng

3.2.5.1 Lưu thông tin định tuyến Overhead

Một nút mạng đang gửi hoặc đang lắng nghe bất kỳ gói nào cũng có thể thêm thông tin định tuyến từ gói này tới Route Cache của nó Một tuyến nguồn được sử dụng trong một gói dữ liệu, tuyến được tích luỹ ghi vào Route Request hoặc tuyến đang được trả

về trong Route Reply có thể được lưu bởi bất kỳ nút mạng nào

Tuy nhiên trong một giới hạn, việc ghi thông tin định tuyến overhead có thể xuất hiện các kết nối đơn hướng trong mạng Ad hoc Ví dụ, trên hình 3.4 nút mạng A đang

sử dụng tuyến nguồn để truyền thông với nút mạng E Khi nút mạng C gửi các gói dữ liệu dọc theo tuyến từ A tới E, nó có thể luôn thêm vào cache những kết nối hướng

“gửi” hiện có mà nó biết được từ header của các gói, từ bản thân nút đó tới nút D và từ

D tới E Tuy nhiên, các kết nối hướng “đảo ngược” nhận ra trong các header gói, từ nút

đó trở lại B và từ B trở lại A, có thể sẽ không hoạt động nếu các kết nối này là đơn hướng Nếu C biết rằng kết nối là hai chiều thì nó có thể lưu chúng

Hình 3.4 Những giới hạn trong việc lưu thông tin định tuyến overhead: nút mạng C từ

gửi các gói tới E và các gói overhear từ X Tương tự như vậy, nút mạng V đang sử dụng một tuyến nguồn khác để truyền thông với nút Z Nếu nút mạng C ở trên nút X đang truyền một gói dữ liệu tới Y thì nút

C sẽ chiếu cố dù các kết nối kéo theo có thể được biết là hai chiều hoặc không sau khi lưu chúng Nếu kết nối từ X tới C là hai chiều thì C sẽ lưu kết nối từ bản thân nó tới X, kết nối từ X tới Y và kết nối từ Y tới Z Nếu tất cả các kết nối có thể cho là hai chiều thì C cũng sẽ lưu các kết nối từ X tới W và từ W tới V

3.2.5.2 Hồi âm Route Request sử dụng các tuyến đã được lưu

Một nút đang nhận một Route Request cho một nút không phải là đích, nó sẽ tìm kiếm Route Cache của nó cho một tuyến tới đích của Request Nếu tìm thấy, nút mạng này thường sẽ trả lại một Route Reply tới nút khởi tạo nó hơn là gửi Route Request Trong Route Reply, nó thiết lập bản ghi tuyến để ghi trình tự các bước qua bản sao Route Request đã gửi tới nó trước đó

Tuy nhiên, trước khi truyền gói Route Request đã phát sinh việc sử dụng thông tin

từ Route Cache của nó Một nút mạng phải kiểm tra kết quả tuyến đang sử dụng đã được trả về trong Route Reply chưa Ví dụ, hình 3.5 mô tả trường hợp Route Request của đích E đã được nhận bởi nút mạng F và nút F đã có trong Route Cache của nó một tuyến từ F tới E Kết hợp những tuyến tích luỹ từ Route Request và tuyến được lưu từ Route Cache của nút mạng F sẽ bao gồm một nút bản sao trong quá trình truyền từ C tới F và ngược lại

Hình 3.5: Ví dụ về hồi âm RR sử dụng các tuyến đã lưu

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

Nút mạng F trong trường hợp này có thể cố gắng sắp xếp tuyến để loại bỏ việc sao chép, kết quả là có một tuyến từ A tới B tới C và tới E, tuy nhiên nút F sẽ không ở trên tuyến nữa mà nó sẽ trả về trong Route Reply

3.2.5.3 Ngăn ngừa nhiễu Route Reply

Khả năng của các nút mạng hồi đáp Route Request dựa trên thông tin trong các Route Cache của chúng Như đã nói ở trên, việc hồi đáp có thể dẫn tới “nhiễu” Route Reply có thể xảy ra trong một số trường hợp Cụ thể, nếu nút mạng quảng bá Route Request cho một nút đích để các nút lân cận có một tuyến trong Route Cache của chúng thì mỗi nút mạng lân cận sẽ cố gắng để gửi một Route Reply Theo cách này, băng thông có thể bị hao mòn và làm tăng khả năng xung đột mạng trong vùng

3.2.5.4 Giới hạn bước Route Request

Mỗi thông báo Route Request chứa một “giới hạn bước” mà được sử dụng để giới hạn số nút mạng trung gian cho phép để gửi bản sao Route Request Khi Request được gửi, giới hạn này sẽ bị giảm xuống và gói Request bị loại nếu giới hạn tiến đến 0 trước khi đến đích Người ta sử dụng cơ chế này để gửi một Route Request không truyền (giới hạn bước là 0) như một phương thức quyết định giá rẻ nếu đích hiện tại là lân cận của nút khởi đầu hoặc nếu một nút lân cận có một truyến tới đích đã được lưu (sử dụng hiệu quả cache của các nút lân cận như một mở rộng cache của nút khởi đầu) Nếu không Route Reply được nhận trước một timeout ngắn thì một Route Request truyền (không giới hạn bước) sẽ được gửi

Hình 3.6: Nút mạng C thông báo tuyến nguồn tới D có thể là ngắn nhất, khi nó tình cờ

nghe được một gói từ A đầu tiên định tới B 3.2.6 Các tính năng duy trì tuyến gia tăng

3.2.6.1 Cứu gói dữ liệu

Sau khi gửi một thông báo Route Error, một nút mạng sẽ cố gắng cứu gói dữ liệu gây ra Route Error hơn là loại bỏ nó Để cố gắng cứu gói, nút mạng sẽ gửi một Route Error tìm kiếm Route Cache của nó cho một tuyến từ nút đấy tới gói đích gây ra Error Nếu tuyến này được tìm thấy, nút mạng có thể cứu gói trước khi trả lại Route Error bằng việc đặt lại tuyến nguồn bắt đầu trên gói với tuyến từ Route Cache của nó Sau

đó, nút mạng sẽ gửi gói tới nút mạng tiếp theo được chỉ định theo tuyến nguồn Ví dụ, nếu nút mạng C có một tuyến khác được lưu tới nút E, nó có thể cứu gói bằng cách đặt lại tuyến này hơn là loại bỏ gói đi

3.2.6.2 Tự động làm ngắn tuyến

Các tuyến nguồn có thể tự động ngắn hơn nếu một hoặc nhiều bước trung gian trong tuyến không cần thiết Nếu một nút mạng tình cờ nghe được một gói mang một tuyến nguồn thì nút mạng này sẽ kiểm tra phần không sử dụng đến của tuyến nguồn Nếu nút mạng không có ý định cho bước tiếp theo của gói nhưng được chỉ định trong phần không sử dụng của tuyến nguồn của gói muộn hơn thì nó có thể suy luận rằng các nút trung gian trước nó trong tuyến nguồn không cần cho tuyến đó

2.2.6.3 Giảm truyền thông báo Route Error

Khi một tuyến nguồn nhận Route Error cho một gói dữ liệu khởi đầu, nút nguồn này truyền Route Error tới các nút lân cận bằng cách mang nó trong Route Request tiếp theo Theo cách này, thông tin cũ trong cache của các nút mạng quanh nút nguồn sẽ không phát sinh Route Reply chứa cùng một kết nối không có hiệu lực để nút nguồn nhận Route Error

3.2.7 Hỗ trợ cho các mạng di động và Mobile IP

Trong việc định hình và phát triển một mạng Ad hoc, trong nhiều trường hợp, tất cả các nút mạng sẽ được trang bị với cùng các loại giao diện mạng không dây, cho phép việc định tuyến giữa các nút mạng trở nên đơn giản qua các bước mạng bất kỳ Tuy nhiên, hình dạng linh hoạt hơn có thể cũng trang bị một tập các nút mạng với một giao diện mạng thứ hai, bao gồm một giao diện mạng không dây cự ly xa hơn (longerZrange) (và vì vậy mà tốc độ chậm hơn) Ví dụ: trong bố trí quân sự, một tốp lính có thể sử dụng các sóng vô tuyến ngắn để truyền thông với nhau, trong khi tiếp âm thông qua sóng vô tuyến cao hơn được lắp trên xe tải để truyền thông với các nhóm khác

Loại phổ biến của hình dạng mạng này là mạng Ad hoc tương đương với các mạng overlay không dây Hình dạng mạng sẽ cho phép truyền thông với tốc độ cao giữa các nút mạng cộng tác, trong khi ở cùng một thời điểm cho phép truyền thông với các nút khác xa hơn mà không yêu cầu một số rất lớn các bước mạng Sóng vô tuyến dài cũng cho phép khe hở giữa các nhóm nút mạng khác nhau đã được quay tròn (spin), giảm khả năng phân mảnh mạng Một ví dụ đơn giản, một hình dạng mạng Ad hoc trong hình, mỗi nút mạng A, B, C có hai giao diện sóng vô tuyến ngắn và dài, tất cả các nút mạng khác trong mạng Ad hoc chỉ có giao diện mạng sóng vô tuyến ngắn Nút mạng X

sử dụng một tuyến nguồn tới nút mạng Y sử dụng một trình tự cả các bước sóng ngắn

và sóng dài

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp Chương III: Một số giao thức điển hình và khả năng áp dụng…

Hình 3.7: Các nút mạng kết nối thông qua các sóng ngắn Một mạng Ad hoc đang chứa các nút mạng kết nối thông qua các sóng vô tuyến ngắn, với các nút mạng A, B, C cũng có các sóng vô tuyến dài Việc kết nối giữa các nút mạng khác nhau như X và Y có thể bao gồm nhiều bước vô tuyến ngắn

Trong tương lai lưu trữ tuyến có thể làm giảm overhead phát hiện tuyến

Việc phát hiện tuyến đơn có thể cho ra rất nhiều tuyến tới đích, bởi việc trả lời các nút mạng trung gian xuất phát từ các cache cục bộ

Bên cạnh những ưu điểm, DSR còn một số nhược điểm cần khắc phục:

Kích thước header gói tăng theo độ dài tuyến do việc định tuyến nguồn

Flood yêu cầu tuyến có thể tới tất cả các nút trong mạng

Những xung đột có thể xảy ra giữa các yêu cầu tuyến được phổ biến bởi những nút mạng lân cận

Việc trả lời nút mạng sử dụng cache cục bộ sẽ làm tăng tranh chấp nếu có quá nhiều yêu cầu tuyến trở lại

Những cache cũ làm tăng overhead

Một nút trung gian có thể gửi trả lời tuyến sử dụng một tuyến đã được lưu trữ

cũ, vì vậy có thể gây ảnh hưởng cho các tuyến khác Vấn đề này có thể giải

quyết một cách dễ dàng nếu thực hiện các cơ chế lọc những tuyến lưu trữ không còn hiệu lực

3.3 Giao thức TORA (thuật toán định tuyến thứ tự tạm thời)

3.3.1 Tổng quan về giao thức

TORA (TemporallyZOrdered Routing Algorithm) là giao thức định tuyến phân phối dựa trên thuật toán “đảo kết nối”, tìm và duy trì các tuyến qua sự phục hồi nội bộ của hướng kết nối [12] TORA được thiết kế để phát hiện các tuyến theo yêu cầu, cung cấp các tuyến đa phương tiện tới một đích, thiết lập các tuyến nhanh và giảm thiểu overhead của các gói truyền bằng cách thu hẹp các hoạt động mang tính thuật toán để thay đổi về hình dạng khi có thể Sự tối ưu định tuyến (tuyến ngắn nhất) được đánh giá

là quan trọng thứ cấp Các tuyến dài hơn thường xuyên được sử dụng để tránh phần overhead khi phải tìm kiếm tuyến mới

Các đặc tính của TORA là:

Định tuyến theo yêu cầu, khởi tạo từ nguồn

Cung cấp các tuyến đa phương để giảm bớt sự tắc nghẽn có thể xảy ra Tạo ra các tuyến lặp tự do

Điều khiển sự phân chia tuyến bằng cách xóa bỏ các tuyến không hiệu quả 3.3.2 Hoạt động của giao thức TORA

Hoạt động của TORA có thể được miêu tả giống như dòng nước chảy từ trên cao xuống theo hướng nút mạng đích qua một hệ thống các ống để biểu diễn trạng thái định tuyến của mạng thực Các ống biểu diễn kết nối giữa các nút mạng trong mạng, các mối nối của các ống biểu diễn các nút mạng và nước trong ống biểu diễn các gói hướng đích Mỗi nút mạng có một độ cao đối với đích được ước lượng bởi giao thức định tuyến Nếu một ống giữa nút mạng A và B bị chặn thì nước không thể chảy qua đó, độ cao của A sẽ được thiết lập lớn hơn các lân cận còn lại, như vậy nước sẽ chảy trở lại qua A (và hướng tới các nút mạng khác đang định tuyến các gói tới đích thông qua A) Khi một nút phát hiện ra rằng một tuyến tới đích là không có hiệu lực, nó sẽ điều chỉnh độ cao để nó là lớn nhất trong vùng đối với các nút mạng lân cận và truyền một gói cập nhật Nếu nút mạng không có lân cận với độ cao vô cùng đối với đích thì nút mạng này sẽ thực hiện việc phát hiện tuyến mới như mô tả ở trên Khi một tuyến phát hiện một phân mảnh của mạng, nó sẽ phát sinh một gói xóa để thiết lập lại trạng thái tuyến và dời các tuyến không còn hiệu lực khỏi mạng

TORA xây dựng và duy trì một đồ thị có hướng liên thông (Directed Acyclic Graph

Z DAG) gốc bắt đầu từ nút đích DAG đảm bảo tất cả các đường có hướng là lặp tự do