Nghiên cứu định tuyến lai trong mạng adhoc

Để cung cấp thông tin liên lạc cho toàn bộ mạng, mỗi node được thiết kế vừa là một nguồn thu, nguồn phát vừa là một bộ tiếp sóng trung gian tạo ra một mạng phân tán đa bước nhảy với một

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ…… ………3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ & CÁC BẢNG ….……….……….5

LỜI NÓI ĐẦU ……… 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MOBILE AD HOC 9

CHƯƠNG 2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MOBILE AD HOC 10

2.1 Khái quát định tuyến mạng 10

2.1.1 Phương pháp định tuyến theo bảng ghi 10

2.1.2 Phương pháp định tuyến khởi phat từ nguồn 11

2.2 Các thuật toán định tuyến 11

2.2.1 Giao thức định tuyến không dây (WRP) 11

2.2.2 Giao thức định tuyến vector theo yêu cầu (AODV) 12

2.2.3 Giao thức định tuyến nguồn động (DSR) 13

2.2.4 Giao thức định tuyến theo thứ tự tạm thời (TORA) 14

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN LAI 16

3.1 Tổng quan 16

3.2 Giao thức định tuyến theo vùng (ZRP) 16

3.3 Các thành phần của ZRP 17

3.3.1 Intrazone Routing Protocol (IARP) 17

3.3.2 Interzone Routing Protocol (IERP) 23

3.3.3 Bordercast Resolution Protocol (BRP) 27

3.3.4 So sánh FloodingaQuery và BordercastingaQuery 32

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ GIAO THỨC ZRP 33

4.1 So sánh ZRP với DSR 33

4.2 Đánh giá sự phụ thuộc của ZRP vào mật độ node mạng 37

4.3 So sánh Flooding và Zone Routing 38

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TRONG NS 2 39

5.2 Cấu trúc và hoạt động trong NSa2 39

5.3 Mô hình node mạng trong NS a2 43

5.4 Áp dụng NSa2 thiết lập cấu hình cần mô phỏng 44

5.5 K ết quả mô phỏng ZRP trong NSa2 45

5.7 Nhận xét 50

KẾT LUẬN 51

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

ACS Admission Control Server Máy chủ điều khiển chấp nhận

AODV Adhoc Ondemand Distance

Vector

Định tuyến vector cự ly theo yêu cầu

BRP Broadcast Resolution Protocol

CAC Connection Admission Control Thuật toán điều chỉnh đầu vào

DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động

DSDV Destination Sequenced Distance

Vector

FSI Flow State Information Thông tin trạng thái luồng

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm nghiên cứu chuẩn kỹ thuật

cho Internet IARP Intrazone Routing Protocol Giao thức định tuyến nội vùng

IERP Interzone Routing Protocol Giao thức định tuyến ngoại vùng

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung gian

MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTM Medium Time Metric Tác động từng chặng

NDP Neighbor Discovery Protocol Giao thức khám phá vùng lân cận QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RED Random Early Detection Phát hiện sớm, bỏ gói tin ngẫu

RFC Request For Comment Yêu cầu cho ý kiến

RPI Routing Path Information Thông tin đường định tuyến

Rspec Reservation Specification Đặc tính giữ trước tài nguyên

RSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức giữ trước tài nguyên

RSVPa

TE

Resource Reservation Protocola Traffic Enginerring

Giao thức báo hiệu

SACP Simple Admission Control

Protocol

Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản

SLA Service Level Agreement Thoả thuận lớp dịch vụ

TORA Temporally Odered Routing

Agorithm

Định tuyến theo thứ tự tạm thời

TCP/IP Transmission Control Protocol/

Internet Protocol

Giao thức điều khiển truyền / Giao thức Internet

TCL Tool Command Language Trình biên dịch của ngôn ngữ

kịch bản Tspec Traffic Specification Đặc tính lưu lượng

UDP User Datagram Protocol Thủ tục gói tin người sử dụng

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WRQ Wireless Routing Protocol Giao thức định tuyến không dây

WRED Weighted RED Phát hiện, bỏ gói tin theo trọng

số

Hình 3.1: Vùng định tuyến của node A

Hình 3.2: Quá trình gửi bản tin Hello và goi liên két trạng thái

Bảng 3.6: Bảng tìm kiếm bordercasting route

Bảng 3.7: Khuôn dạng gói tin BRP

Bảng 3.8: Bảng Query Coverage

Chương 4

Hình 4.1: Node đích nằm tận cùng topo mạng

Hình 4.2: Node đích nằm khoảng giữa topo mạng

Hình 4.3: Node nguồn ở tận cùng topo mạng

Hình 4.4: Node nguồn nằm khoảng giữa topo mạng

Hình 4.5 :biểu đồ phụ thuộc ZRP với mật độ node

Hình 4.6: Biểu đồ với 20 node mạng

Hình 4.7: Biểu đồ với 30 node mạng

Hình 4.8: Biểu đồ với 40 node mạng

Sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin nói riêng đã mang lại những bước đột phá

mà ngay cả những người phát minh ra chúng cũng không thể hình dung ra được Bởi sự phát triển của nó không chỉ mang lại giá trị to lớn mà còn kéo theo hàng loạt sự bùng

nổ của các ngành khoa học khác Với sự phát triển không ngừng của mạng Internet và các thiết bị di động, tiến tới việc hình thành lên những mạng không dây di động cục bộ cũng như trên toàn thế giới Nhu cầu kết nối các thiết bị di động, truyền dẫn dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu của con người ngày càng tăng cao

Rất nhiều mong muốn được đưa ra trong việc xây dựng nên các mô hình mạng trong đó có mạng Mobile adahoc nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ mạng để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin của con người Trong cấu trúc mạng adahoc Định tuyến

là một thành phần quan trọng Nội dung đồ án của em là tìm hiểu về các giao thức định tuyến đặc biệt là giao thức định tuyến “lai” Zone Routing Protocol và xây dựng chương trình mô phỏng giao thức để đánh giá và nâng cao chất lượng giao thức trong mạng adahoc

Đồ án được chia làm 5 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan mạng Mobile adahoc

Chương 2: Định tuyến trong mạng adahoc

Chương 3: Phương pháp định tuyến lai trong mạng adahoc

Chương 4: Đánh giá giao thức ZRP

Chương 5: Xây dựng chương trình mô phỏng trong NSa2

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS: Nguyễn Trường Giang bộ môn KTHT khoa CNTT trường Đại học Xây Dựng đã tận tình hướng dẫn & giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này

Ngày 15 tháng 1 năm 2007

Sinh viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG AD HOC

Mobile adahoc network là mạng không dây tự tổ chức, mọi node đều có khả năng

di động nên không có một node mạng cố định nào thực hiện chức năng điều khiển trung tâm cũng như phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng cố định [2] Để cung cấp thông tin liên lạc cho toàn bộ mạng, mỗi node được thiết kế vừa là một nguồn thu, nguồn phát vừa là một bộ tiếp sóng trung gian tạo ra một mạng phân tán đa bước nhảy với một topo mạng biến đổi theo thời gian (multiahop network with a timeavarying topology).Vì mạng adahoc không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng hiện hữu mà tự tổ chức nên chúng có thể nhanh chóng được triển khai để cung cấp truyền thông có hiệu quả cao trong những môi trường đa dạng và không thân thiện Điều này làm cho mobile adahoc network rất thích hợp để cung cấp truyền thông chiến thuật trong quân đội cũng như trong những tình trạng khẩn cấp khác Trong dân sự nó có thể được áp dụng trong những trung tâm hội nghị lớn, trong những diễn đàn như những lớp học điện tử hay việc định vị dựng hình Tuy nhiên mạng mobile adahoc cũng có những hạn chế đó là sự giới hạn về sức mạnh của sóng vô tuyến dẫn đến dải truyền tín hiệu của mỗi node thực sự nhỏ,hơn nữa

nó còn bị bao phủ bởi môi trường vật lý làm suy giảm và bóp méo sóng truyền dẫn đến những kênh truyền thông tin không thực sự tin cậy Bên cạnh đó chất lượng tín hiệu cũng giảm sút tỉ lệ với khoảng cách truyền, và phạm vi truyền của mỗi node cũng có giới hạn Do đó làm thế nào để các node mạng “bắt tay nhau” và duy trì được quá trình truyền thông mà không lãng phí tài nguyên mạng, đảm bảo chất lượng đường truyền là một vấn đề cần đặc biệt quan tâm

Để giải quyết vấn đề trên, cách tối ưu nhất được đề xuất đó là môi trường vô tuyến có thể được dùng chung và cho phép những kênh truyền thông tin đươc sử dụng lại Tuy nhiên việc dùng chung kênh truyền sẽ dẫn đến những xung đột trong quá trình trao đổi gói tin giữa các node mạng, điều này đòi hỏi phải có những giải pháp định tuyến cho mạng mobile adahoc Các giao thức như thế phải giải quyết những hạn chế đặc biệt của mạng này, trong đó bao gồm các vấn đề như tiêu thụ công suất lớn, băng thông thấp, và tỷ lệ lỗi cao [1]

CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYỂN TRONG MẠNG

MOILE AD HOC

2.1 Khái quát định tuyến mạng

Trong bất kì cấu trúc mạng máy tính nào định tuyến là vấn đề quan trọng Nó giúp cho tài nguyên mạng được sử dụng một cách hợp lý, có hiệu quả cao, tránh tình trạng tắc nghẽn mạng Trong mạng adahoc cũng vậy, tuy nhiên việc định tuyến trong mạng này còn gặp phải những vấn đề khó khăn hơn Các node mạng không cố định mà liên tục di chuyển khiến việc định vị và định tuyến trong quá trình truyền thông bị cản trở Đã có rất nhiều giao thức định tuyến trong mạng mobile adahoc Song nhìn chung

có 2 phương thức chính, đó là: Kiểu định tuyến điều khiển bằng bảng ghi( proactive), Kiểu định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn (realactive) (Hình 1)

hình 2.1: Các giao thức định tuyến

2.1.1 Các phương pháp điều khiển theo bảng ghi

Các giao thức định tuyến điều khiển theo bảng ghi cố gắng duy trì thông tin định tuyến cập nhật liên tục từ mỗi node đến mọi node khác trong mạng Các giao thức này yêu cầu mỗi node duy trì một hoặc nhiều bảng ghi để lưu trữ thông tin định tuyến, và chúng đáp ứng những thay đổi trong topo mạng bằng cách phát quảng bá rộng rãi các thông tin cập nhật tuyến qua mạng để duy trì tầm kiểm soát mạng một cách liên tục Những vùng nào khác nhau về số các bảng ghi liên quan đến định tuyến cần thiết và các phương thức thay đổi cấu trúc mạng sẽ được phát quảng bá để cho tất cả mọi node đều có thể biết được

2.1.2 Phương pháp định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn

Một phương pháp khác với phương pháp định tuyến điều khiển theo bảng ghi đó

là định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn Phương pháp này chỉ tạo ra các tuyến khi node nguồn cần đến Khi một node yêu cầu một tuyến đến đích, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến Quá trình này chỉ hoàn tất khi đã tìm ra một tuyến sẵn sàng hoặc tất cả các tuyến khả thi đều đã được kiểm tra

Khi một tuyến đã được khám phá và thiết lập, nó được duy trì bởi một số dạng thủ tục cho đến khi hoặc là tuyến đó không thể truy nhập được từ node nguồn hoặc là không cần thiết đến nó nữa

2.2 Các thuật toán định tuyến

2.2.1 Giao thức định tuyến không dây (WRP)

WRP thuộc lớp thuật toán tìm đường dẫn Để tránh bài toán phải tính đến vô cùng phải cưỡng bức mỗi node thực hiện định tuyến liên tục kiểm tra thông tin trước đó được tất cả các node lân cận báo cáo về Điều này loại bỏ việc lặp lại không xác định

và cho độ hội tụ tuyến nhanh hơn khi xảy ra sự cố trên đường thông Trong WRP, các node cần biết về sự tồn tại của các node lân cận từ một số bản tin đặc biệt Nếu một node không phải đang gởi gói, nó phải gửi một bản tin HELLO trong một khoảng thời gian xác định để đảm bảo thông tin kết nối được phản ánh một cách chính xác Ngược lại, việc thiếu các bản tin từ node có thể xác định sự cố đường thông vô tuyến và gây nên cảnh báo sai Khi một node thu được bản tin HELLO từ một node mới, thông tin node mới đó được thêm vào bảng định tuyến của nó, và nó sẽ gởi đến node mới một bản sao thông tin bảng định tuyến của nó

WRP phải duy trì 4 bảng, đó là: Bảng cự ly, Bảng định tuyến, Bảng chi phí đường truyền, và Bảng ghi danh sách phát lại bản tin Bảng ghi cự ly cho biết số chặng giữa một node và node đích của nó Bảng ghi định tuyến cho biết node ở chặng kế tiếp Bảng ghi chi phí đường thông phản ánh độ trễ theo từng đường thông cụ thể MRL chứa số thứ tự của bản tin cập nhật, bộ đếm số bản tin truyền lại, việc nhận biết vector

cờ cần thiết, và danh sách thông tin cập nhật được gởi trong bản tin cập nhật Các bản tin MRL cập nhật bản tin cần được phát lại và các node lân cận phải biết về điều này

Để đảm bảo rằng thông tin định tuyến chính xác, các node phải gởi bản tin cập nhật định kỳ đến các node lân cận của nó Bản tin cập nhật chứa thông tin cập nhật (danh sách node đích, khoảng cách đến đích, các node trước node đích) cũng như danh sách các đáp ứng mà node xác định được phải nhận biết để cập nhật Một node gửi các bản tin cập nhật sau khi xử lý thông tin cập nhật từ các node lân cận hay khi phát hiện

có sự thay đổi đường truyền Khi sự cố đường thông xảy ra, các node phát hiện sự cố sẽ gởi các bản tin cập nhật đến các node lân cận của chúng, và các node này sẽ hiệu chỉnh các thực thể trong Bảng ghi cự ly, đồng thời kiểm tra các đường dẫn mới khả thi thông qua các node khác [3]

2.2.2 Định tuyến vector cự ly theo yêu cầu (AODV)

Giao thức AODV (Ad Hoc OnaDemand Distance Vector) dựa trên thuật toán vector khoảng cách được sắp xếp tới đích DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) trước đây (Hình 2) AODV tối thiểu hoá số bản tin quảng bá cần thiết bằng cách tạo ra các tuyến trên cơ sở theo yêu cầu, ngược với việc duy trì một danh sách hoàn chỉnh các tuyến như thuật toán DSDV

hình 2.2: Quá trình khám phá tuyến trong OADV

Khi một node nguồn muốn gởi một bản tin đến một node đích nào đó và không biết rằng đã có một tuyến đúng đến đích đó, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá đường truyền để xác định node khác Nó phát quảng bá một gói yêu cầu tuyến (RREQ) đến các node lân cận Node này sau đó sẽ chuyển tiếp gói yêu cầu đến node lân cận khác Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi có một node trung gian nào đó xác định được một tuyến “đủ tươi” (“fresh enough”) để đạt đến đích AODV sử dụng số thứ tự đích để đảm bảo rằng tất cả các tuyến không lặp và chứa hầu hết thông tin tuyến hiện tại Mỗi node duy trì số tuần tự của nó cùng với một ID quảng bá ID quảng bá được tăng lên mỗi khi node khởi đầu một RREQ, và cùng với địa chỉ IP của node, xác định duy nhất một RREQ Cùng với số tuần tự và ID quảng bá, node nguồn bao gồm trong RREQ hầu hết số tuần tự hiện tại của đích mà nó có Các node trung gian có thể trả lời RREQ chỉ khi nào chúng có một tuyến đến đích mà số tuần tự đích tương ứng lớn hơn hoặc bằng số tuần tự chứa trong RREQ

Trong suốt quá trình chuyển tiếp RREQ, các node trung gian ghi vào Bảng định tuyến của chúng địa chỉ của các node lân cận từ khi nhận được bản sao đầu tiên của gói quảng bá, theo đó thiết lập được một đường dẫn theo thời gian Nếu các bản sao của cùng một RREQ được nhận sau đó, các gói này sẽ bị huỷ bỏ Một khi RREQ đã đạt đến đích hay một node trung gian với tuyến “đủ tươi”, node đích (hoặc node trung gian) đáp ứng lại bằng cách phát đơn phương một gói đáp ứng tuyến (RREP) ngược về node lân cận mà từ đó nó thu được RREQ Khi RREP được định tuyến ngược theo đường dẫn, các node trên đường dẫn đó thiết lập các thực thể tuyến chuyển tiếp trong Bảng định tuyến của chỉ node mà nó nhận được RREP Các thực thể tuyến chuyển tiếp này chỉ thị tuyến chuyển tiếp tích cực Cùng với mỗi thực thể tuyến là một bộ định thời tuyến có nhiệm vụ xoá các thực thể nếu nó không được sử dụng trong một thời hạn xác định Do một RREP chuyển tiếp trên đường dẫn được thiết lập bởi một RREQ nên AODV chỉ hỗ trợ việc sử dụng đường truyền đối xứng

Trong AODV, các tuyến đươc duy trì điều kiện như sau: Nếu một node nguồn chuyển động, nó phải khởi động lại giao thức khám phá tuyến để tìm ra một tuyến mới đến đích Nếu một node trên tuyến chuyển động, node lân cận luồng lên của nó chú ý đến chuyển động đó và truyền một bản tin Khai báo sự cố đường thông (một RREP không xác định) đến mỗi node lân cận tích cực luồng lên để thông báo cho các node này xoá phần tuyến đó Các node này thực chất truyền một Thông báo sự cố đường thông đến các node lân cận luồng lên Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi đạt đến node nguồn Node nguồn sau đó có thể chọn khởi động lại một quá trình khám phá tuyến cho đích đó nếu một tuyến vẫn cần thiết

Ngoài ra, giao thức này sử dụng bản tin HELLO được phát quảng bá định kỳ bởi một node để thông báo cho tất cả các node khác về những node lân cận của nó Các bản tin HELLO có thể được sử dụng để duy trì khả năng kết nối cục bộ của một node Tuy nhiên, việc sử dụng bản tin HELLO là không cần thiết Các node lắng nghe việc truyền lại gói dữ liệu để đảm bảo rằng vẫn đạt đến chặng kế tiếp Nếu không nghe được việc truyền lại như thế, node có thể sử dụng một trong số các kỹ thuật, kể cả việc tiếp nhận bản tin HELLO Các bản tin HELLO có thể liệt kê các node khác mà từ đó node di động đã nghe tin báo, do đó tạo ra khả năng liên kết lớn hơn cho mạng [5]

2.2.3 Định tuyến nguồn động (DSR)

Giao thức DSR (Dynamic Source Routing) là một giao thức định tuyến theo yêu cầu từ node nguồn Trong đó, các node di động cần duy trì bộ nhớ đệm về tuyến chứa các tuyến nguồn mà node di động nhận biết được Các thực thể trong bộ nhớ đệm tuyến được cập nhật liên tục

hình 2.3: Định tuyến nguồn động DSR

Giao thức này bao gồm 2 giai đoạn chính: a) Khám phá tuyến, b) Duy trì tuyến (Hình 3) Khi một node di động gởi một gói đến một node đích nào đó, trước hết nó

phải tham vấn bộ nhớ đệm tuyến để xác định là nó đã có một tuyến để đến đích chưa Nếu nó có một tuyến chưa hết hiệu lực để đến đích, nó sẽ sử dụng tuyến này để gởi gói

đi Trái lại, nếu không có một tuyến như thế, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến bằng cách phát quảng bá một gói yêu cầu tuyến Bản tin yêu cầu này chứa địa chỉ đích, cùng với địa chỉ node nguồn và số nhận dạng duy nhất Mỗi node nhận được gói này sẽ tiến hành kiểm tra là nó có biết một tuyến nào để đến đích không Nếu không,

nó thêm địa chỉ của nó vào Bảng ghi định tuyến của gói và sau đó chuyển tiếp gói trên các đường truyền ngõ ra Để giới hạn số yêu cầu tuyến phát trên các đường truyền ngõ

ra của node, một node chỉ chuyển tiếp yêu cầu tuyến nếu nó chưa biết yêu cầu đó và nếu địa chỉ của node di động chưa xuất hiện trong Bảng ghi tuyến Một đáp ứng tuyến được tạo ra khi hoặc là yêu cầu tuyến đạt đến đích hoặc là khi nó đạt đến một node trung gian chứa trong bộ nhớ đệm tuyến của nó một tuyến đến đích chưa hết hiệu lực Đến lúc gói có thể đạt đến đích hay đến một node trung gian như thế, nó chứa một Bảng ghi tuyến cho biết số tuần tự chặng đã trải qua

Nếu node tạo ra đáp ứng tuyến là đích thì nó đặt Bảng ghi tuyến chứa trong yêu cầu tuyến vào đáp ứng tuyến Nếu node tương ứng là một node trung gian, nó gắn thêm tuyến trong bộ nhớ đệm của nó vào Bảng ghi tuyến và sau đó tạo ra một đáp ứng tuyến

Để trả về đáp ứng tuyến, node tương ứng phải có một tuyến để khởi đầu Nếu nó có một tuyến để khởi đầu trong bộ nhớ đệm tuyến của nó, nó có thể sử dụng tuyến đó Trái lại, nếu các đường truyền đối xứng được hỗ trợ, node có thể khởi đầu một quá trình khám phá tuyến của nó và tiếp tục gởi đi đáp ứng tuyến trên một yêu cầu tuyến mới

Việc duy trì tuyến được hoàn thành thông qua sử dụng các gói lỗi tuyến và các bản tin xác nhận Các gói lỗi tuyến được tạo ra ở một node khi lớp liên kết dữ liệu gặp

sự cố đường truyền Node nguồn luôn luôn bị dừng khi một tuyến bị cắt xén Khi nhận được một gói lỗi tuyến, chặng bị lỗi sẽ bị loại bỏ khỏi bộ nhớ đệm tuyến của node và tất cả các tuyến chứa chặng này đều bị cắt ở điểm đó Ngoài các bản tin lỗi tuyến, các bản tin xác nhận được sử dụng để xác minh sự hoạt động chính xác của các đường thông tuyến Các bản tin xác nhận như thế bao gồm cả xác nhận thụ động (khi node di động có thể nghe việc chuyển tiếp gói ở chặng kế tiếp trên tuyến) [1]

2.2.4 Định tuyến theo thứ tự tạm thời (TORA)

TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm) là một thuật toán định tuyến phân bố không lặp vòng và độ thích nghi cao, dựa trên khái niệm đảo ngược đường thông TORA được đề xuất cho môi trường nối mạng có tính linh động cao Nó là một giao thức khởi phát từ nguồn và cung cấp đa tuyến cho mọi cặp node nguồn/đích cần thiết Nguyên lý chủ đạo trong TORA là định vị các bản tin điều khiển đối với mọi tập hợp các node gần với nơi xảy ra sự thay đổi topo mạng Để thực hiện được điều này, các node cần duy trì thông tin định tuyến về các node kế cận (chỉ một chặng) Giao thức này thực hiện 3 chức năng cơ bản: Tạo tuyến, Duy trì tuyến, và Xoá tuyến

Trong suốt giai đoạn tạo ra và duy trì tuyến, các node sử dụng một tham số “độ cao” để thiết lập một DAG (sơ đồ hình xoắn ốc) có gốc ở node đích Sau đó, các đường truyền được chỉ định một hướng (luồng lên hay luồng xuống) dựa trên tham số độ cao tương đối của các node lân cận Quá trình thiết lập DAG tương tự như quá trình vấn

tin/đáp ứng trong LMR (LightaWeight Moblie Routing a Định tuyến di động trọng số thấp)

Trong thời gian một node di chuyển, tuyến DAG bị phá vỡ và việc duy trì tuyến cần để thiết lập lại một DAG có gốc ở cùng đích đó Khi đường thông luồng xuống cuối cùng bị sự cố thì một node tạo ra một mức tham chiếu mới dựa vào mức tham chiếu của các node lân cận, phối hợp hoạt động có hiệu quả để phản ứng lại sự cố đó một cách có cấu trúc Các đường thông được đảo ngược để phản ánh những thay đổi trong việc thích nghi với mức tham chiếu mới Việc này có hiệu quả giống như sự đảo hướng của một hay nhiều đường thông khi một node không có các đường thông luồng xuống Việc định thời là một yếu tố quan trọng đối với TORA do tham số “độ cao” độc lập với thời gian sự cố đường thông; TORA giả sử rằng tất cả các node đều có đồng hồ đồng bộ (thực thi qua một nguồn thời gian bên ngoài như hệ thống định vị toàn cầu a GPS) [4]

Các tham số của TORA gồm: a) Thời gian sự cố đường thông, b) ID duy nhất của node xác định mức tham chiếu mới, c) Bit chỉ thị phản ánh, d) Tham số thứ tự truyền,

và e) ID duy nhất của node Tham số thứ 3 thể hiện mức tham chiếu một cách có chọn lọc Một mức tham chiếu mới được xác định mỗi khi một node không còn đường thông luồng xuống cuối cùng do sự cố đường thông Giai đoạn xoá tuyến của TORA bao gồm một bản tin quảng bá “Xoá tuyến” (CLR) trong toàn mạng để xoá các tuyến không còn hiệu lực nữa

Trong TORA có một sự biến động tiềm tàng xảy ra, đặc biệt khi nhiều tập hợp các node đang liên kết là phần hiện đang bị xoá, các tuyến đang xoá, và các tuyến đang xây dựng mới Do TORA sử dụng toạ độ liên node nên bài toán bất cân bằng của nó tương tự như bài toán tính đến vô cùng trong các giao thức định tuyến theo vector cự

ly, ngoại trừ các biến động là tạm thời và sự hội tụ tuyến cuối cùng vẫn đạt được [1]

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN

“LAI” ZRP

3.1 Tổng quan

Zone Routing Protocol (zrp) được giới thiệu năm 1997 bởi Haas and Pearlman, zrp vừa là loại giao thức proactive và reactive Nó là giao thức định tuyến lai (hybrid routing protocol) Nó kết hợp lợi thế từ proactive (chẳng hạn như OLSR) và định tuyến reactive (AODV) Nó mang đến những lợi thế của sự khám phá proactive trong phạm

vi lân cận một node (Intrazone routing protocol IARP), và sử dụng giao thức reactive cho việc truyền thông tin giữa những node lân cận đó ( Interzone routing protocol IERP ) Broadcast Resolution Protocol BRP chịu trách nhiệm cho sự chuyển tiếp của một yêu cầu định tuyến Do đó ZRP có những ưu điểm hơn những giao thức khác như: tăng độ tin cậy và sự thực thi, giảm bớt cấu tạo phần đầu, tối ưu khám phá tuyến, giảm bớt nguy cơ tắc nghẽn mạng Và điểm nổi bật nữa của giao thức là khả năng thích nghi cao với cấu hình hiện thời của mạng và các hoạt động của người dùng [5]

3.2 Giao thức định tuyến theo vùng ZRP

ZPR tách mạng của nó thành những vùng khác nhau Mỗi vùng là quỹ tích những node lân cận Mỗi node có thể ở trong nhiều vùng chồng nhau, và mỗi vùng có thể có kích thước khác nhau Kích thước của vùng không được xác định bởi phép đo địa lý

Nó được xác định bởi một bán kính ρ, chính là số bước nhảy từ một node tới những node lân cận Mỗi node có một vùng của chính mình

hình 3.1: Vùng định tuyến của node A

Ví dụ ở hình trên là một vùng với bán kính là 2 hop Node trung tâm là node A E, D,

B, J, F and H là những node biên, G, I, C là node trong vùng trong ví dụ trên L là node nằm ngoài vùng

Trước khi xây dựng một vùng và xác định những node biên, một node cần biết về những node lân cận của nó Nó hơn nữa có thể phụ thuộc vào giao thức khám phá lân cận ( NDP) ZRP không hoàn toàn định rõ giao thức sử dụng nhưng cho phép sự thi hành độc lập cục bộ NDP dựa vào sự truyền bản tin HELLO bởi mỗi một node Khi

mà một node ví dụ như node A nhận một câu trả lời từ node B nơi mà đã nhận bản tin HELLO, node A thông báo rằng nó có một kểt nối point to point với node B đó NDP chọn những node trên tiêu chuẩn khác nhau Cấu hình của vùng cũng phụ thuộc vào cường độ tín hiệu gửi bản tin của mỗi node phát và độ nhạy của node thu.Chẳng hạn như một node có thể nhận được bản tin HELLO từ một node lân cận nhưng vì tín hiệu phẩn hồi quá yếu dẫn đến không thể thực hiện kết nối thành công Tính thường xuyên

và độ trễ của đèn tín hiệu (beaconsOnce) thông tin định tuyến cục bộ được tự chủ, node định kỳ truyền phát những bản tin khám phá cốt để giữ sơ đồ node lân cận của nó cập nhật Đôi khi lớp medium access control (MAC) của những node không cho phép NDP Khi đó IARP phải cung cấp khả năng khám phá node lân cận trực tiếp Giao thức này chịu trách nhiệm xác định tuyến tới những node ngoại vi và phổ biến proactive protocol

hình 3.2: Quá trình gửi bản tin Hello và gói liên kết trạng thái

có thể thấy ZRP như là một khung, không chỉ định một cách nghiêm khắc giao thức sử dụng đồng thời cho phép những thi hành môt cách độc lập và cục bộ

3.3.1 Intrazone Routing Protocol (IARP)

Những giao thức trạng thái liên kết truyền thống có thể được sửa đổi để phục vụ như một IARP bởi việc cập nhật trạng thái mối liên kết giới hạn tới phạm vi của mối liên kết khu vực lộ trình của nguồn Những nguyên tắc chỉ đạo sau có thể được sử dụng

để chuyển đổi những giao thức trạng thái liên kết truyền thống sang một giao thức như IARP:

aPhạm vi của những thông báo trạng thái liên kết là được giới hạn bởi TTL (time

to live – thời gian duy trì) trong một gói cập nhật trạng thái liên kết TTL được khởi tạo tới Ra1 bước nhảy bởi việc liên kết nguồn Khi 1 node tiếp nhận một gói đã được cập nhật, nó giảm giá trị TTL Khi giá trị TTL trở về 0, gói được vứt bỏ

aNếu giao thức lộ trình cơ bản thực chuyển đổi các bảng trạng thái liên kết với những liên kết mới gần kề, liên kết nguồn sẽ ít nhất là Ra1 bước ra khỏi SHOULD ngăn chặn từ việc truyền dữ liệu Việc này sẽ làm giảm bớt việc truyền của trạng thái mối liên kết thừa tới liên kết kế tiếp đã đóng, và ngăn ngừa việc thất thoát dữ liệu

aNhững node định kỳ cập nhật những bảng trạng thái mối liên kết của nó, vứt bỏ những mối liên kết mà có bước nhảy lớn hơn Ra1 ra ngoài

aIARP SHOULD hỗ trợ ngữ nghĩa trạng thái liên kết nhất quán với ngữ nghĩa được sử dụng bởi giao thức Interzone Routing Protocol (IERP) Việc bổ xung này cho phép IERP có thể import định tuyến IARP cho việc hỗ trợ bảo trì các định tuyến (sửa chữa các tuyến, rút ngắn các tuyến…)

Những node tính toán những tuyến đường cơ bản dựa trên việc đầu tiên là theo dõi liên kết trạng thái của mỗi lộ trình chia thành từng khu vực thành viên Mỗi node định kỳ thông báo trạng thái liên kết của nó (tập hợp hiện thời của các node liền kề và tương ứng là liệt kê các ngữ nghĩa liên kết) khắp cả khu vực lộ trình của nó Những node theo dõi của nó sở hữu trạng thái mối liên kết bằng một giao thức khám phá node liền kề

Phạm vi của việc cập nhật trạng thái liên kết được kiểm soát bởi một giá trị TTL, giá trị này mang theo trong gói trạng thái liên kết TTL được khởi tạo bởi nguồn tới bước nhảy R – 1 (với R là khu vực bán kính) Công thức ở trên là của gói cập nhật trạng thái liên kết, trạng thái liên kết được ghi , bảng lộ trình được tính lại và giá trị của gói TTL được giảm đi 1 giá trị Theo lâu dài, giá trị TTL sẽ lớn hơn 0, gói cập nhật trạng thái bị thải hồi

IARP này dựa trên những dịch vụ của một giao thức riêng (ví dụ như ở đây là giao thức Neighbor Discovery Protocol (NDP) để cung cấp hiện thời thông tin về một node liền kề Ít nhất, thông tin này phải bao gồm những địa chỉ IP của tất cả các node liền kề IARP và NDP không thể được định hình để hỗ trợ ngữ nghĩa chất lượng của liên kết bổ xung

A Khuôn dạng gói tin (Packet Format)

Link Source Address

Link State Seq Num Zone Radius TTL

Link Destination 1 Address

Link Destination 1 Subnet Mask (Optional)

Link Metrics

Link Destination n Address

Link Destination n Subnet Mask (Optional)

Bảng 3.1: Khuôn dạng gói tin IARP

Trong đó:

a Link Source Address: (node_id) (32 bits)

Địa chỉ IP của node nguồn mối liên kết

a Link State Seq Num: (unsigned int) (16 bits)

Số trình tự đã theo dõi quá trình của node nguồn liên kết

aZone Radius: (char) (8 bits)

Lộ trình chia thành khu vực của node nguồn mối liên kết Xác định phạm

vi mà thông tin trạng thái liên kết tạo ra

a TTL: (char) (8 bits)

Số những bước nhảy còn lại đến khi gói bị vứt bỏ

a Link Dest Count: (char) (8 bits)

Số các node liên kết liền kề

a Link Destination Address: (node_id) (n * 32 bits)

Địa chỉ IP của node liền kề

a Node/Link Metrics: (metric) (n*X * 32 bits)

Khu vực mà gói sử dụng để báo cáo chất lượng của mối liên kết (hay của node nguồn)

a Metric Type: (char) (8 bits)

Báo cáo kiểu ngữ nghĩa

a Metric Value (unsigned int) (16 bits)

Giá trị của node/liên kết được chỉ rõ bởi kiểu ngữ nghĩa

Link Metrics

B.1 Routing Table (Bảng lộ trình)

Dest addr

(node_id)

Subnet Mask (node_id)

Routes (node_id) Route Metrics

Link State ID (int)

Insert Time (int)

Link State Information (ls_info list)

Bảng 3.3: Bảng trạng thái kết nối

Chi tiết của kiểu dữ liệu

| | | (a) (b) (c)

Sử dụng bằng IP để chuyển giao gói tới IARP

C.3 NDP C.3.1 Deliver()

Sử dụng bởi NDP để chỉ báo trạng thái liên kết đã được cập nhật IARP khôi phục trạng thái liên kết thực tế từ NDP qua

Neighbor_State(&neighbor[n],&mask[n],&metrics[n][x])

D trạng thái tổ chức ( State Machine)

Giao thức IARP gồm có duy nhất một trạng thái (IDLE) Bởi vậy, ko có sự chuyển tiếp trạng thái nào cần chỉ rõ IARP ngay lập tức hành động theo một sự kiện và sau đó trả lại trạng thái nhàn rỗi

Ghi chú:

X được sử dụng như một nhãn cho node chạy State Machine này

D.1:

Sự kiện: Trạng thái liên kết thiết bị bấm giờ bị ngắt

Hành động: X tham khảo quá trình tìm hiểu node liền kề và xử lý cho nó sở hữu trạng thái liên kết (danh sách của node liền kề và tương ứng là ngữ nghĩa liên kết) X cập nhập bảng trạng thái mối liên kết của nó và bảng lộ trình tương ứng Giá trị TTL được khởi tạo bằng Ra1 bước nhảy (khi đó R trong phạm vi khu vực) Nếu giá trị TTL lớn hơn 0, khi đó X tải một gói trạng thái liên kết và truyền nó tới node mạng liền kề

D.2:

Sự kiện: Nhận được một gói trạng thái liên kết IARP

Hành động: Trạng thái liên kết cập nhật được ghi trong bảng trạng thái liên kết và bảng lộ trình tương ứng được cập nhật TTL bị giảm đi 1 giá tri Nếu TTL lớn hơn 0, khi đó X truyền gói trạng thái liên kết tới node liền kề

D.3:

Sự kiện: Bảng trạng thái liên kết bị ngắt

Hành động: Gỡ bỏ mọi liên kết từ bảng trạng thái liên kết cũ hơn LINK_STATE_LIFETIME

E Pseudocode Implementation (Thực thi giải mã)

Chúng ta định nghĩa hai loại gói: gói extract và gói load

a Gói extract: trích ra những trường của gói IARP đến sau những biến: {link_source, state_seq_num, radius, TTL, link_dest[n], mask[n], link_metric[n][x]}

a Gói load: tải các giá trị của những biến đã nêu vào trong các trường của gói IARP [8]

3.3.2 Interzone Routing Protocol (IERP)

IARP chỉ duy trì những tuyến đường cho những node bên trong phạm vi của vùng Với những mạng adahoc lớn với rất nhiều node mạng thì phạm vi bao phủ của một vùng là thực sự nhỏ khi so sánh với toàn bộ kích thước của mạng Như vậy đa số các điểm đích nằm bên ngoài vùng định tuyến một node do đó yêu cầu thông tin tuyến không thể được IARP ngay lập tức đáp ứng Từ đó ta thấy, lợi ích thực tế của IARP như là một đòn bẩy gián tiếp làm thỏa mãn những yêu cầu của toàn bộ mạng cho việc định tuyến IERP chịu trách nhiệm khám phá tuyến tới những đích bên ngoài vùng định tuyến của một node IERP sử dụng giao thức chuẩn floodingabased query/response khai thác cấu trúc vùng định tuyến Với thuật toán này có thể làm tăng khả năng đáp ứng tuyệt đối với truy vấn tuyến cho một node Điều này sẽ rất có lợi cho lưu lượng tới những node gần đã được trù tính từ trước.Tuy nhiên với việc khám phá tuyến tới những đích mà có thể không được tìm ra thì thuật toán trên không còn hiệu quả Vấn đề này được bổ sung bởi dịch vụ phân phát gói tin gọi là bordercasting, cái mà cho phép một node gửi một thông báo tới những node biên của nó Bordercasting được thi hành qua lớp mạng unicasting hoặc multicasting

Nguyên tắc chuyển đổi IERP

Các hướng dẫn sau đây có thể được sử dụng để chuyển một reactive routing protocol thành một IERP mà không gây tổn hại đến các đặc có sẵn của một routing protocol cơ bản

Bất kì một cập nhật proactive route cục bộ nào và những thông báo lân cận phải

bị vô hiệu hóa, vì hoạt động này được do IARP thực hiện

IERP cần hỗ trợ việc nhập IARP routes vào bảng routing của nó và hỗ trợ tìm kiếm tuyến trong bảng đường dẫn của IARP

Các kĩ thuật bảo dưỡng đường truyền như sửa chữa các link online và tìm đường dẫn ngắn hơn có thể được áp dụng

Broadcast() của những gói tin ROUTE REQUEST có thể thay thế bằng một cuộc gọi tới dịch vụ cung cấp bordercast, được cung cấp bởi BRP

Sự chấm dứt truy vấn dư thừa (VD: flood control) cần được xử lí bởi trình điều khiển truy vấn dư thừa được chi huy bởi BRP Tuy nhiên, IERP có thể loại bỏ ROUTE REQUEST dựa trên các tiêu chuẩn khác như là tìm kiếm đường thành công, vượt trội Qos metrics, vượt TTL (độ sâu tìm kiếm hạn chế), …

ROUTE REQUEST broadcast cần phải bị vô hiệu hóa Dịch vụ này được cung cấp bởi BRP

Ví dụ:

Ví dụ IERP này giải thích sự kết nối trong tìm kiếm đường bordercast và routing zone dựa trên route maintenace trong một nguồn route reactive routing protocol Để có thể nhấn mạnh được vai trò của dịch vụ routing zone, các phần phụ thêm của các reactive routing được đánh dấu được thể hiện đơn giản Các hình ảnh nâng cao, như là

sự đa dạng của các xâm nhập, mở rộng tìm kiếm vòng trong, thu thập các route metric ( hình ảnh đường), …có thể kết hợp với các dich vụ routing zone và có thể đính kèm theo yêu cầu

Khi một node không có các tuyến hợp lệ để gửi các gói dữ liệu, nó sẽ tìm đường, thâm nhập vào mạng thông qua bordercast ROUTE_REQUEST packets Khi một node nhận được một ROUTE_REQUEST packets, nó sẽ gán thêm vào địa chỉ IP của nó cùng với các metrics trong link mà qua đó thông tin đã được gửi Nó sau đó kiểm tra bảng routing của nó để tìm một valid route tới địa chỉ được yêu cầu Nếu không valid link nào được tìm thấy, node sẽ chuyển tiếp ROUTE_REQUEST tới các vùng lân cận bên dưới định bởi hệ thống cung cấp bordercast (cung cấp bởi Bordercast Resolution Protocol ( BRP)) Nếu một valid link được tìm thấy, link đó được gán vào link ghép nối của ROUTE_REQUST Đường dẫn hoàn chình được copy tới ROUTE_REPLY packet (gói trả lời đường dẫn) ROUTE_REPLY được gửi về cho nguồn hỏi, bởi IERP, cùng với đường ghép nối đảo ngược lại

A Khuôn dạng gói tin (Packet Format)

Query/Route Source Address

Intermediate Node (1) Address

Intermediate Node (2) Address

Intermediate Node (N) Address

Query/Route Destination Address

Bảng 3.4: Khuôn dạng gói IERP

Trong đó :

Nhận dạng kiểu của gói tin IERP trong phiên bản hiện thời IERP chứa hai kiểu gói tin:

a ROUTE_REQUEST:

Yêu cầu một tuyến tới Query Destination ROUTE_REQUEST ghi lại

Route

a ROUTE_REPLY:

Trả lời gói tin ROUTE_REQUEST, được phát ra từ node mà khám phá tuyến tới Query Destination và gửi trở lại Query Source

a Length (char) (8 bits)

Chiều dài của gói tin , n* 32 bit words

a Node Pointer: (char) (8 bits)

Con trỏ chỉ tuyến tương ứng tới node mà vừa mới nhận, hoặc là node kế tiếp nhận gói này

a Query ID: (unsigned int) (16 bits)

Dãy số mà cùng với Query Source Address duy nhất định dạng bất kỳ ROUTE_REQUEST trong mạng

a Query/Route Source Address: (node_id) (32 bits)

Địa chỉ IP của node khởi đầu ROUTE_REQUEST Trong tầng tiếp theo,

nó tương ứng với địa chỉ IP discovered route's source node

a Query/Route Destination Address: (node_id) (32 bits)

Địa chỉ IP được xác định trong suốt giai đoạn ROUTE_REQUEST Trong tầng tiếp theo, trương nay bao gồm địa chỉ IP của discovered route's destination node

a Route: (node_id) (N * 32 bits)

Chiều dài biến số của trường mà bao gồm địa chỉ IP đã được ghi lại của node cùng với đường dẫn đã qua bởi gói tin ROUTE_REQUEST từ Query Source Sau khi một tuyến tới Query Destination được khám phá, thiết lập của địa chỉ IP này cung cấp một đặc tả tuyến giữa Route Source và Route Destination

B Cấu trúc dữ liệu

B1 Bảng định tuyến IARP (bảng 3.1) B2 Bảng định tuyến IERP

Dest Addr

(node_id)

Subnet Mask (node_id)

Route (node_id list)

Route Metrics (metric list)

Bảng 3.5: Bảng định tuyến IERP