Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng cũng như công nghệ của các
thiết bị di động kéo theo nhu cầu của người sử dụng công nghệ không dây ngày càng
cao và đa dạng.Vì vậy để đáp ứng được xu thế đó, mạng thông tin không dây ngày nay
phải gánh vác trọng trách lớn hơn là giải quyết vấn đề về lưu lượng đa phương tiện,
tốc độ cao,chất lượng ngày càng phải tốt hơn.
Song song với yêu cầu hỗ trợ đa phương tiện với chất lượng dịch vụ (QoS) đảm
bảo, các công nghệ giao tiếp không dây khác nhau đã xuất hiện,Ad hoc là một kiểu
mạng thông tin không dây linh hoạt.Đó là tập hợp của hai hay nhiều thiết bị được trang
bị khả năng nối mạng và truyền thông không dây.Các thiết bị đó có thể giao tiếp với
các nút mạng khác ngay lập tức trong vùng phủ sóng hay một thiết bị không dây khác
ngoài bên ngoài với điều kiện có các nút trung gian để chuyển tiếp thông tin từ nút
nguồn đến nút đích.Ad hoc có khả năng tự tổ chức và thích nghi, khi đã hình thành có
thể bị giải tán bất cứ lúc nào mà không cần đến bất cứ sự quản trị hệ thống nào.Ad hoc
có nhiều dạng khác nhau và có thể di chuyển,đứng độc lập hay nối mạng.Các nút mạng
có thể phát hiện sự có mặt của các thiết bị khác trong giải vô tuyến và thực hiện sự bắt
tay cần thiết để cho phép truyền thông, chia sẻ thông tin và dịch vụ.Tôpô của mạng
thông tin tùy biến thay đổi động do các thiết bị không bị ràng buộc vào một vị trí cụ
thể nên việc truy nhập phương tiện tập trung. Giao thức định tuyến phải giảm lưu
lượng điều khiển, đơn giản tính toán đường định tuyến. Chính vì thế giao thức định
tuyến đóng vai trò quan trọng trong vận hành mạng Ad hoc.
Đồ án là tổng quan về bốn giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc, đánh giá
thông lượng của các giao thức đó dựa trên công mô phỏng OMNET++. Do thời gian
cũng như trình độ còn hạn chế, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp.
Để có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này, em đã được học hỏi những kiến
thức quí báu từ các thầy, cô giáo của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
1
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
năm năm đại học. Em vô cùng biết ơn sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy, các cô
trong thời gian học tập này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới thầy Nguyễn Trung Dũng – Bộ môn Hệ
thống viễn thông – Khoa Điện tử viễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,
người đã định hướng cho những nghiên cứu của em, người trực tiếp hướng dẫn và chỉ
bảo em hoàn thành đồ án này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo điều kiện thuận lợi, động
viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu đồ án. Ngoài ra, kiến
thức thu được từ các thầy cô cũng là nguồn cổ vũ tinh thần lớn nhất giúp em có thể tập
trung và hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này.
Hà Nội, tháng 5- 2009
Sinh viên
Vũ Huy Cường
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
2
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Mạng Ad hoc là một công nghệ hữu dụng trong mạng không dây. Công nghệ này
cho phép các nút mạng giao tiếp trực tiếp với nhau bằng cách sử dụng máy thu phát vô
tuyến mà không cần có cơ sở hạ tầng cố định. Đây là một đặc trưng riêng của mạng Ad
hoc so với các mạng truyền thống trước đây như mạng cellular hay mạng LAN không
dây khi ở đó các nút giao tiếp với nhau thông qua trạm gốc (Base Station). Tuy nhiên,
mang Ad hoc phải đối mặt với một số thách thức như giới hạn phạm vi truyền dẫn, vấn
đề trạm ẩn, mất gói do lỗi đường truyền, sự chuyển động của các nút mạng làm thay
đổi tuyến đường, sự rằng buộc về băng thông và năng lượng. Giao thức định tuyến
được sử dụng để Khám phá tuyến giữa các nút giúp cho việc giao tiếp trong mạng dễ
dàng hơn. Mục đích chính của một giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc là thiết lập
tuyến đường chính xác và hiệu quả giữa các cặp nút. Đồ án đưa ra tổng quan về bốn
giao thức định tuyến: DYMO, DSR, AODV, OLSR, sử dụng công cụ mô phỏng
OMNET++ và đánh giá trễ đầu cuối của các giao thức này dựa trên các thông số đặt ra.
Đồ án gồm 5 chương
Chương 1: Tổng quan về mạng Ad hoc
Chương 2: Định tuyến trong mạng Ad hoc
Chương 3: Thông số đánh giá và mô hình chuyển động trong mô phỏng mạng
Ad hoc
Chương 4: Mô phỏng và đánh giá thông lượng của OLSR, AODV, DSR và
DYMO bằng OMNET++
Chương 5: Kết luận
ABSTRACT
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
3
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Ad hoc networks are the ultimate frontier in wireless communication. This
technology allows network nodes to communicate directly to each other using wireless
transceivers without the need for a fixed infrastructure. This is a very distinguishing
feature of ad hoc networks with respect to more traditional wireless networks, such as
cellular networks and wireless LAN, in which nodes communicate with each other
through BS. Some challenges that ad hoc networking faces are limited wireless
transmission range, hidden terminal problems, packet losses due to transmission errors,
mobility- induced route changes, bandwidth and battery constraints. In order to
facilitate communication within the network, a routing protocol is used to discover
routes between nodes. The primary goal of such an Ad hoc network routing protocol is
correct and efficient route establishment between a pair of nodes so that message may
be delivered in a timely manner. This thesis provides an overview of four different
routing protocols: DYMO, DSR, AODV, OLSR, uses OMNET++ simulator and
evaluates throughput of these protocols based on a given set of parameters.
The thesis has a total of 5 chapters:
Chapter 1: Overview of Ad hoc network
Chapter 2: Routing in Ad hoc network
Chapter 3: Protocol Evaluation parameters and Mobility models
for Ad hoc network simulation
Chapter 4: Simulating and evaluating throughput of AODV,
OLSR, DSR and DYMO in OMNET++
Chapter 5: Summary
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................1
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
4
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
TÓM TẮT ĐỒ ÁN..........................................................................................................3
ABSTRACT..................................................................................................................... 4
MỤC LỤC...................................................................................................................... 5
DANH SÁCH HÌNH VẼ.................................................................................................8
DANH SÁCH BẢNG BIỂU............................................................................................9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ AD HOC NETWORK...........................................9
1.1
MỞ ĐẦU........................................................................................................................9
1.2
KHÁI NIỆM..................................................................................................................10
1.3
ĐẶC ĐIỂM...................................................................................................................12
1.4
ỨNG DỤNG.................................................................................................................12
1.4.1
Dịch vụ khẩn cấp.................................................................................................12
1.4.2
Hô ôi nghị...............................................................................................................13
1.4.3
Home Networking................................................................................................14
1.4.4
Mạng cá nhân (PAN)...........................................................................................14
1.4.5
Hê ô thống nhúng (embeded system)......................................................................15
1.4.6
Mạng xe cô ô (vehicular network)..........................................................................15
1.4.7
Mạng cảm biến (sensor network)........................................................................16
1.5
NHỮNG THÁCH THỨC ĐỐI VỚI MẠNG AD HOC..................................................17
1.5.2
Chi phí cho viêcô sư dụng tần số.........................................................................17
1.5.3
Cơ chế truy nhâ ôp.................................................................................................17
1.5.4
Định tuyến và chuyển tiếp gói tin trong MANET................................................17
1.5.5
Hiêuô quả sư dụng nguồn nuôi.............................................................................18
1.5.6
Đă ôc tính TCP.......................................................................................................18
1.5.7
Chất lượng dịch vụ (QoS)...................................................................................19
1.5.8
Tính an toàn và bảo mật......................................................................................19
CHƯƠNG 2. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC........................................20
2.1
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN.......................................................................20
1.1.1
Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết...............................................................20
1.1.2
Định tuyến dựa trên vector khoảng cách............................................................21
2.2
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG AD HOC...................................................21
2.2.1
Các yêu cầu chung..............................................................................................21
2.2.2
Phân loại.............................................................................................................24
2.2.2.1
Định tuyến theo bảng, định tuyến theo yêu cầu và định tuyến lai...............24
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
5
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
2.3
2.2.2.2
Cấu trúc và phân bổ tiến trình định tuyến...................................................26
2.2.2.3
Khai thác các metric mạng cho định tuyến..................................................27
2.2.2.4
Ước lượng topo, đích, vị trí cho định tuyến.................................................28
OPTIMIZED LINK STATE ROUTING(OLSR)............................................................28
2.3.1
Bầu chọn Multipoint relay...................................................................................29
2.3.2
Truyền bá bản tin điều khiển topo (Topology control)........................................31
2.3.3
Tính toán tuyến....................................................................................................31
2.4
DYNAMIC SOURCE ROUTING (DSR).......................................................................31
2.4.1
Định tuyến nguồn................................................................................................31
2.4.2
Khám phá tuyến...................................................................................................32
2.4.3
Duy trì tuyến........................................................................................................35
2.5
AD HOC ON- DEMAND DISTANCE VECTOR ROUTING (AODV).........................37
2.5.1
Khám phá tuyến...................................................................................................38
2.5.2
Thiết lập tuyến đường ngược..............................................................................39
2.5.3
Thiết lập tuyến đường thuận...............................................................................40
2.5.4
Quản lý bảng định tuyến.....................................................................................42
2.5.5
Cập nhật đường định tuyến.................................................................................42
2.6
DYNAMIC MANET ON- DEMAND (DYMO)..............................................................43
CHƯƠNG 3 THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ VÀ MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG TRONG
MÔ PHỎNG MẠNG AD HOC.................................................................................46
3.1
THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ GIAO THỨC MẠNG AD HOC............................................46
3.1.1
3.1.1.1
Tỷ lệ gói nhận được......................................................................................46
3.1.1.2
Trễ từ đầu cuối đến đầu cuối.......................................................................47
3.1.1.3
Thông lượng từ đầu cuối đến đầu cuối........................................................47
3.1.1.4
Phần tải thông tin định tuyến.......................................................................47
3.1.2
3.2
Thông số đánh giá chất lượng.............................................................................46
Thông số kịch bản...............................................................................................48
3.1.2.1
Thông số di chuyển......................................................................................48
2.4.3.1
Thời gian tạm dừng......................................................................................49
MÔ HÌNH DI CHUYỂN MÔ PHỎNG MẠNG AD HOC.............................................49
3.2.1
Mô hình di chuyển ngẫu nhiên............................................................................50
3.2.2
Mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiên với vận tốc không đổi.............................50
3.2.3
Mô hình di chuyển Random Waypoint.................................................................50
3.2.4
Mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiên.................................................................51
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
6
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG CỦA AODV,
OLSR, DSR VÀ DYMO BẰNG OMNET++............................................................53
4.1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OMNET++........................................................................53
4.1.1
4.1.1.1
Omnet ++ là gì ?.........................................................................................53
4.1.1.2
Các thành phần chính của OMNeT++........................................................53
4.1.1.3
Ứng dụng..................................................................................................ss54
4.1.1.4
Mô hình trong OMNeT++...........................................................................55
4.1.2
4.2
Tổng quan về Omnet++......................................................................................53
Sư dụng OMNeT++............................................................................................56
4.1.2.1
Xây dựng và chạy thư các mô hình mô phỏng.............................................57
4.1.2.2
Chạy các ứng dụng trong OMNeT++..........................................................59
MÔ PHỎNG.................................................................................................................62
4.2.1
Khởi tạo mô phỏng..............................................................................................62
4.2.2
Một số hình ảnh mô phỏng..................................................................................63
4.2.3
Kết quả mô phỏng các giao thức định tuyến mạng Ad hoc.................................68
4.2.3.1
4.2.4
Thông lượng đầu cuối - đầu cuối.................................................................68
Đánh giá và kết luận...........................................................................................70
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN...................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................72
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT...................................................................................74
PHỤ LỤC........................................................................................................................75
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình mô tả khái niệm mạng Ad hoc..........................................................11
Hình 1.2 Ứng dụng cho các dịch vụ khẩn cấp khi có thiên tai......................................13
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
7
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Hình 1.3 Ứng dụng trong các hô ôi nghị...........................................................................14
Hình 1.4 Ứng dụng cho home networking.....................................................................14
Hình 1.5 Ứng dụng cho mạng cá nhân...........................................................................15
Hình 1.6 Ứng dụng cho mạng xe cô ô..............................................................................16
Hình 2.1 Hệ tọa độ cơ bản mô tả môi trường mạng Ad Hoc........................................22
Hình 2.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc.................................25
Hình 2.3 Quá trình phát tràn lan bản tin quảng bá.........................................................29
Hình 2.4 Bầu chọn MPR................................................................................................30
Hình 2.5 Khám phá tuyến trong DSR.............................................................................33
Hình 2.6 Duy trì tuyến, nút C không thể chuyển tiếp từ A đến E qua...........................36
liên kết tới bước nhảy tiếp theo D của nó.......................................................................36
Hình 2.7 Thiết lập tuyến đường đi ngược......................................................................40
Hình 2. 8 Thiết lập tuyến đường thuận...........................................................................41
Hình 2.9: Sự khác nhau giữa AODV và DYMO............................................................43
Hình 3.1 Mô hình di chuyển Random Waypoint............................................................51
Hình 3.2 Mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiên.............................................................52
Hình 4.1 Các module đơn giản và kết hợp.....................................................................55
Hình 4.2 Các kết nối.......................................................................................................56
Hình 4.3 Lược đồ xây dựng và chạy một chương trình mô phỏng OMNeT++............61
Hình 4.4 Quá trình gửi bản tin RREQ của DYMO.........................................................64
Hình 4.5 Quá trình gửi bản tin RREP của DYMO.........................................................65
Hình 4.6 Quá trình gửi gói tin dữ liệu của DYMO.........................................................66
Hình 4.7 Quá trình gửi ACK báo nhận của DYMO.......................................................67
Hình 4.9 Thông lượng đầu cuối - đầu cuối...................................................................69
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Bảng các biến trong thông số di chuyển..........................................................47
Bảng 4.1 Bảng thông số đánh giá dùng trong mô phỏng..............................................67
1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ AD HOC
NETWORK
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
8
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Chương này trình bày các khái niệm tổng quan nhất về mạng Ad hoc, các ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực cuộc sống của mạng Ad hoc. Đồng thời, đề cập đến các
thách thức mà mạng Ad hoc đang phải đối mặt.
1.1 MỞ ĐẦU
Mạng máy tính từ lâu đã trở thành một phần không thể thiếu đối với nhiều lĩnh
vực đời sống xã hội, từ các hệ thống mạng cục bộ đến hệ thống mạng toàn cầu như
Internet. Mạng máy tính đưa mọi người trên thế giới đến gần nhau hơn, mỗi người
được tiếp cận với một nguồn thông tin, tri thức phong phú.
Xã hội phát triển, con người vận động không ngừng, một người kết nối vào mạng
bằng cáp vật lý thì việc di chuyển của họ bị hạn chế, nhu cầu đặt ra là vừa kết nối vừa
có thể di chuyển và có thể kết nối bất cứ đâu một cách đơn giản. Chính nhu cầu này đã
kích thích ngành công nghiệp mạng không dây tiềm năng phát triển mạnh mẽ.
Mạng Ad hoc là một kiểu mạng không dây rất linh hoạt. Đó là tập hợp của hai hay
nhiều thiết bị được trang bị khả năng nối mạng và truyền thông không dây. Các thiết bị
như vậy có thể giao tiếp với tất cả thiết bị mạng khác ngay lập tức trong dải vô tuyến
(vùng phủ sóng, phạm vi mà thiết bị mạng đó nhận biết được) hay một thiết bị vô tuyến
khác nằm ngoài dải vô tuyến của chúng với điều kiện có các node trung gian để chuyển
tiếp thông tin từ node nguồn đến node đích. Thiết bị hỗ trợ mạng Ad hoc đa dạng và sử
dụng khá phổ biến như laptop, điện thoại di động Internet. Vì có nhiều ưu thế vượt trội
và những thách thức cần giải quyết, ngày nay mạng Ad hoc đã và đang được nghiên
cứu triển khai thành công ở một số nước mà phổ biến là Mỹ. Mạng Ad hoc đặc biệt
hữu ích trong các ứng dụng như khắc phục thảm họa thiên nhiên, quốc phòng, y tế, hội
nghị nên có xu hướng ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
1.2 KHÁI NIỆM
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
9
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Mạng Ad hoc là tổ hợp của các node di động được kết nối với nhau bằng các liên
kết không dây, các node tự do di chuyển nên kiến trúc mạng có thể thay đổi liên tục mà
không dự đoán được. Mỗi node mạng có một giao diện vô tuyến giao tiếp với các node
mạng khác thông qua sóng vô tuyến hoặc hồng ngoại. Các mạng này không dùng bất
cứ sự hỗ trợ cơ sở hạ tầng mạng cố định hay chịu sự quản lí tập trung nào. Đây là một
đặc điểm riêng biệt của mạng Ad hoc so với các mạng không dây truyền thống – mạng
chia ô, mạng WLAN, trong đó các node (các thuê bao di động ) liên lạc với nhau thông
qua trạm vô tuyến cơ sở.
Hình 1.1 Mô hình mô tả khái niệm mạng Ad hoc
Trong Ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảo mạng sẽ
không bị sập vì trường hợp nút mạng di chuyển ra ngoài khoảng truyền dẫn của các nút
mạng khác. Nút mạng có thể ra vào bất cứ lúc nào. Do khoảng truyền dẫn của nút
mạng là hạn chế nên chúng trao đổi thông tin bằng phương pháp truyền gói tin qua
nhiều bước (Multihops). Để làm được điều này, thì tất cả các nút mạng phải có khả
năng chuyển tiếp gói tin đến nút mạng khác, do vậy tất cả các nút mạng trong Ad hoc
có thể hoạt động như máy trạm và router. Nên nút mạng có thể bao gồm một router và
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
10
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
một máy trạm liên kết với nhau. Một router thực hiện các giao thức định tuyến, máy
trạm di động có địa chỉ IP.
Ad hoc cũng có khả năng thực hiện thay đổi về cấu hình mạng và khắc phục sự cố
của nút mạng thông qua thủ tục cấu hình lại mạng. Ví dụ: Nếu nút mạng rời khỏi mạng
sẽ gây ra sự cố liên kết, nút mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đường định tuyến mới
và vấn đề sẽ được giải quyết. Điều này sẽ gây ra trễ trên mạng, tuy nhiên với người sử
dụng Ad hoc vẫn hoạt động bình thường.
Ad hoc có nhiều ưu điểm của mạng truyền thông vô tuyến thông thường, liên kết
giữa các nút mạng được hình thành ngay khi chúng nằm trong khoảng truyền dẫn của
nhau
1.3 ĐẶC ĐIỂM
Ad hoc thường được mô tả có cấu trúc mạng thay đổi do sự thay đổi vị trí của các
nút mạng. Các giao thức định tuyến có cơ chế tự phát hiện các thay đổi về định tuyến
thông qua các thuật toán định tuyến thông thường như vector khoảng cách và trạng thái
các liên kết. Một đăc điểm khác của các nút mạng trong mạng Ad hoc: bị giới hạn về
khả năng của CPU, bộ nhớ, dung lượng pin và băng thông. Khi năng lượng sử dụng bị
giới hạn kéo theo giới hạn về khả năng truyền dẫn. Thiết bị truy nhập, môi trường vô
tuyến cũng có các đặc điểm đặc biệt mà người thiết kế cần lưu tâm khi đưa ra các giao
thức định tuyến cho Ad hoc. Ví dụ: các liên kết một chiều, nó xuất hiện trong trường
hợp 2 nút mạng có công suất phát khác nhau nên có khoảng truyền dẫn khác nhau, chỉ
cho phép một nút mạng nghe nút mạng kia. Liên kết một chiều chỉ có trong Ad hoc,
không tồn tại trong mạng tế bào. Sử dụng phương pháp định tuyến nhiều bước thì các
nút mạng có thể tiết kiệm được năng lượng phát ra.
1.4 ỨNG DỤNG
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
11
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Ad hoc được ứng dụng cho hô ôi thảo, ứng dụng trong quân sự. Nó cũng được sử
dụng cho trường hợp triển khai cơ sở hạ tầng mạng là khó khăn. Ví dụ: khách hàng có
thể chia sẻ tê ôp tin dữ liê uô ở sân bay,sinh viên trao đổi thông tin với nhau trong tiết
học… Khi máy tính di đô nô g giao tiếp thông qua giao diê ôn mạng LAN vô tuyến, thì
nhóm các máy tính đó hình thành mạng Ad hoc, khi đó máy tính có thể truy nhâ pô
Internet, tài nguyên trên mạng như máy in, máy scan...
1.4.1 Dịch vụ khẩn cấp
Bất kỳ đâu khi có trường hợp khẩn cẩp xảy ra đều cần có sự kết hợp của các nhân
viên cứu hô ô. Giải pháp thông thường là dùng thiết bị vô tuyến. Tuy nhiên, khi cơ sở hạ
tầng bị hỏng hoă ôc không còn hoạt đô nô g thì giải pháp là gì? Ad hoc chính là câu trả lời
nhanh nhất và phù hợp nhất. Điều này có thể không có ý nghĩa với khu vực tổn thất
nhỏ, tuy nhiên với thảm họa thiên nhiên có khu vực ảnh hưởng tàn phá rô nô g lớn, viê ôc
liên lạc rất quan trọng nên Ad hoc trở thành giải pháp hữu ích.
Hình 1.2 Ứng dụng cho các dịch vụ khẩn cấp khi có thiên tai
1.4.2 Hô ôi nghị
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
12
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Trong hô iô nghị, hô iô thảo cần trao đổi thông tin giữa các đại biểu hoă ôc với hô ôi
nghị khác. Đây là mô ôt nhu cầu lớn trong thời đại phát triển nhanh về thông tin như
hiê ôn nay, khi mà giải pháp homenetwork chưa thâ ôt sự sẵn sàng. Giải pháp hiê ôn tại là
sử dụng các mạng có sẵn cho các đại biểu tham dự tuy nhiên nó có đô ô trễ lớn, ví dụ
giải pháp Mobile IP .Và Ad hoc là giải pháp chiếm ưu thế.
Hình 1.3 Ứng dụng trong các hô ôi nghị
1.4.3 Home Networking
Rõ ràng sự hiê nô diê ôn của máy tính xách tay và ứng dụng không dây làm nhu cầu
về home network tăng cao.Viê ôc sử dụng kỹ thuâ ôt của Ad hoc cho phép chúng tự cấu
hình và hình thành mạng, điều này tiê nô lợi cho cả người không thâ ôt sự am hiểu về
mạng cũng như giảm được chi phí cho xây dựng thiết kế mạng. Hơn nữa, nếu ta có
nhu cầu sử dụng máy tính ở công sở, trường học thì khối lượng thông tin quản lý mạng
giảm xuống rõ rê ôt.
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
13
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Hình 1.4 Ứng dụng cho home networking
1.4.4 Mạng cá nhân (PAN)
Ở thời đại thông tin thì 1 người cần mang theo nhiều công cụ hỗ trợ cho công
viê ôc (điê nô thoại,Palm...) khi chúng được liên kết với nhau hình thành mạng cá nhân
PAN thì rõ ràng mang lại nhiều tiê nô ích hơn cho người sử dụng. PAN là mạng di đô ông
do con người không thể ngồi yên mô ôt chỗ, tuy nhiên khi kết nối với mạng PAN khác
cần trợ giúp của Ad hoc.
Hình 1.5 Ứng dụng cho mạng cá nhân
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
14
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
1.4.5 Hê ôthống nhúng (embeded system)
Ngày càng có nhiều máy móc cần kết nối với những vâ ôt xung quanh kéo theo nhu
cầu của Ad hoc. Nó có thể là đồ chơi có khả năng kết nối mạng, tương tác được với
home network để tìm kiếm dữ liê ôu trên internet hoă ôc có thể kết nối với điê ôn thoại, có
thể điều chỉnh volume của TV khi có cuô ôc gọi đến....đáp ứng nhiều nhu cầu của người
sử dụng.
1.4.6 Mạng xe cô ô (vehicular network)
VANET (Vehicular Ad Hoc Network) gọi là mạng xe cộ Ad hoc, là hệ thống mạng
không cần cơ sở hạ tầng, được tạo thành từ các phương tiện xe cộ lưu thông trên
đường. Chúng được trang bị thiết bị thu phát để có thể liên lạc, chia sẻ và trao đổi
thông tin với nhau giống như một nút trong mạng Ad hoc. Thông tin trao đổi trong
mạng VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, tai nạn giao
thông, nguy hiểm cần tránh và cả những dịch vụ thông thường như dịch vụ đa phương
tiện, Internet....
Hình 1.6 Ứng dụng cho mạng xe cô ô
1.4.7 Mạng cảm biến (sensor network)
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
15
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Mạng cảm biến không dây là mô ôt ứng dụng điển hình của Ad hoc. Hiê ôn nay đã
có những quan tâm đáng kể cho sự phát triển kiểu mạng này,chủ yếu là trong quân sự,
công an, tình báo, khảo cổ học, nghiên cứu địa lý....Các bô ô cảm biến có thể có kích
thước nhỏ nhưng khả năng truyền thông và lưu trữ tương đối tốt. Trong quân sự đã
dùng những máy móc hiê nô đại nhưng kích cỡ gần như hạt bụi nên đối phương rất khó
phát hiê nô và phá hủy chúng.
Trong lĩnh vực y tế, các bô ô cảm biến cho phép giám sát liên tục thông tin tiêu
chuẩn về sự sống. Trong công nghê ô thực phẩm, kỹ thuâ tô nhịp cảm biến được áp dụng
để giám sát chất lượng có thể giúp ngăn ngừa các sản phẩm không đạt yêu cầu nên
tăng mức thỏa mãn cho khách hàng. Trong nông nghiê ôp, các bô ô cảm biến có thể giúp
xác định chất lượng đất trồng và đô ô ẩm, chúng cũng có thể phát hiê nô các hợp chất
khác. Ngoài ra, các bô ô cảm biến cũng được sử dụng rô nô g rãi trong thông tin thời tiết
và môi trường.
1.5 NHỮNG THÁCH THỨC ĐỐI VỚI MẠNG AD HOC
1.5.1 Chi phí cho viêcô sử dụng tần số
Hầu hết các mạng Ad hoc thử nghiê m
ô hiê nô nay đều dựa trên băng tần ISM. Để
ngăn ngừa nhiễu, mạng Ad ho phải hoạt đô ông qua mô ôt số dải phổ cụ thể nào đó, được
cấp phát. Phổ tần không chỉ được cấp phát và giám sát chă ôt chẽ mà còn cần phải được
trả phí.
1.5.2 Cơ chế truy nhâpô
Không giống như mạng tế bào, trong mạng Ad hoc không có sự điều khiển tâ ôp
trung và đồng bô ô toàn cục. Do đó các phương pháp đa truy nhâ pô truyền thông như
TDMA và FDMA không còn thích hợp nữa. Ngoài ra, nhiều giao thức điều khiển truy
nhâ pô phương tiê ôn MAC (Media Access Control) cũng không giải quyết được sự di
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
16
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
đô nô g của nút mạng. Do vâ ôy, các kỹ thuâ tô lâ pô lịch trình và định thời để hỗ trợ QoS gă ôp
nhiều khó khăn.
Trong mạng Ad hoc, do cùng mô tô phương tiê nô truyền thông được chia sẻ bởi
nhiều bên tham gia nên thủ tục truy nhâ pô đến kênh chung phải được thực hiê ôn theo
kiểu phân bố nhờ sự hỗ trợ của giao thức MAC. Giao thức MAC phải tính đến truy
nhâ pô kênh trong khi đồng thời phải tránh được sự xung đô ôt với các nút lân câ nô . Do
vâ yô , khi tính toán thiết kế các giao thức MAC cho mạng Ad hoc phải tính đến khả
năng di chuyển, vấn đề đầu cuối ẩn và các vấn đề liên quan khác.
1.5.3 Định tuyến và chuyển tiếp gói tin trong MANET
Đă ôc tính đô nô g của mạng Ad hoc gây ra sự thay đổi thường xuyên và khó đoán
trước của topo mạng, làm tăng đô ô khó và đô ô phức tạp để định tuyến giữa các nút di
đô nô g. Nhiều giao thức và thuâ ôt toán định tuyến đã được đề xuất cho mạng Ad hoc, tuy
nhiên mỗi giao thức lại có một hạn chế riêng. Do vậy, nghiên cứu về các giao thức định
tuyến trong Ad hoc là một vấn đề rất quan trọng.
1.5.4 Hiêuô quả sử dụng nguồn nuôi
Hầu hết các giao thức trong mạng hiê nô nay không quan tâm đến tiêu tốn năng
lượng nguồn nuôi vì các máy chủ và các bô ô tính tuyến thường được giả định là tĩnh và
được cấp nguồn từ nguồn điê ôn chính. Tuy nhiên, các thiết bị dị đô ông hầu hết được cấp
nguồn từ nguồn nuôi đô ôc lâ pô .Kỹ thuâ ôt nguồn nuôi vẫn thường đi châ ôm hơn so với kỹ
thuâ ôt vi xử lý. Thời gian cấp nguồn của pin loại tốt như Li-ionh hiê nô nay cũng chỉ tối
đa từ 2 đến 3 giờ (hiện nay đã có một số laptop có thời gian sử dụng lên đến 8h, tuy
nhiên giá thành vẫn còn khá cao). Sự giới hạn thời gian hoạt đô ông như thế nói lên tính
cần thiết phải bảo tồn tốt nguồn nuôi. Đă ôc biê ôt, đối với mạng Ad hoc, do các thiết bị di
đô nô g phải thực hiê ôn vai trò của cả hê ô thống đầu cuối (tương tác người dùng khi thực
hiê ôn các ứng dụng người dùng) lẫn vai trò của mô ôt hê ô thống trung gian (chuyển tiếp
gói tin) nên sẽ tiêu tốn năng lượng nguồn nuôi mô ôt cách đáng kể, đă ôc biê ôt là các nút
trung gian.
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
17
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
1.5.5 Đăcô tính TCP
TCP (Transmission Control Protocol) là mô ôt giao thức cuối-cuối được thiết kế
phục vụ viê ôc điều khiển nghẽn và điều khiển luồng trong mạng. TCP là mô tô giao thức
hướng liên kết nên cần có mô tô giai đoạn thiết lâ pô kết nối ưu tiên cho viê ôc truyền dữ
liê ôu. Kết nối bị loại bỏ khi viê ôc truyền dữ liê uô hoàn thành. Với internet hiê nô nay, giao
thức mạng IP là phi kết nối nên cần có mô ôt giao thức truyền dẫn hướng kết nối đáng
tin câ ôy qua mô ôt giao thức mạng không tin câ ôy. Tuy nhiên, TCP giả sử rằng các nút
trong tuyến là tĩnh nên viê ôc điều khiển nghẽn và điều khiển luồng chỉ được thực hiê ôn
ở các nút nguồn và đích.
TCP dựa vào viê ôc đo đạc thời gian toàn trình-RTT (Round Trip Time) và mức tổn
thất gói để kết luâ nô là có nghẽn mạch xảy ra trong mạng hay không. TCP không thể
phân biê ôt được sự có mă tô của tính di đô ông và sự nghẽn mạng.Các nút chuyển đô ông
trong mô ôt kết nối có thể gây tổn thất gói và làm cho RTT dài hơn. Do vâ ôy, cần có mô ôt
số cải tiến để bảo đảm rằng giao thức truyền dẫn thực hiê ôn tốt mà không ảnh hưởng
đến thông lượng truyền thông cuối-cuối.
1.5.6 Chất lượng dịch vụ (QoS)
Khả năng cung cấp QoS của mô ôt mạng phụ thuô ôc vào các đă ôc tính bên trong của
toàn bô ô các thành phần mạng, từ các liên kết truyền phát đến tầng MAC và tầng mạng.
Các kết nối không dây có năng lực thấp và hay thay đổi, tỉ lê ô lỗi cao. Các topo mạng là
đô nô g và có tỷ lê ô mất gói cao. Các giao thức MAC dựa trên truy nhâ pô ngẫu nhiên
không hỗ trợ QoS.
Các giao thức MAC QoS giải quyết vấn đề về xung đô ôt phương tiê nô ,hỗ trợ truyền
thông unicast tin câ ôy, và cung cấp viê ôc dự trữ tài nguyên cho các lưu lượng thời gian
thực trong môi trường không dây phân tán. Rất nhiều các giao thức MAC và các cải
tiến đã được đề xuất để cung cấp viê ôc đảm bảo QoS cho lưu lượng thời gian thực trong
môi trường không dây phân tán bao gồm giao thức GAMA/PR và cơ chế xung đô ôt BB.
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
18
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
1.5.7 Tính an toàn và bảo mật
Môi trường vô tuyến trong mạng Ad hoc là “mồi ngon béo bở” cho các cuộc tấn
công mạo danh do đặc tính quảng bá của nó. Các giao thức định tuyến trong mạng Ad
hoc cần có hỗ trợ tính năng xác thực, mã hóa để nâng cao tính an toàn, hiệu năng của
mạng.
TỔNG KẾT
Chương này đã trình bày những lý thuyết tổng quan mạng Ad hoc. Trong mạng
Ad hoc, topo mạng thường xuyên thay đổi. Do vậy, các giao thức định tuyến trong
mạng Ad hoc cần giải quyết sự di chuyển của nút, ràng buộc năng lượng,băng thông
2
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
19
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
CHƯƠNG 2. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC
Đă ôc tính đô nô g của Ad hoc gây ra sự thay đổi thường xuyên và khó đoán trước
của topo mạng, làm tăng đô ô khó và đô ô phức tạp để định tuyến giữa các nút di đô nô g.
Nhiều giao thức định tuyến được đưa ra, tuy nhiên, chúng vẫn gặp phải một số hạn chế
nhất định. Chương này trình bày 4 loại giao thức trong mạng Ad hoc: OLSR, AODV,
DSR và DYMO.
2.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN
Hiện nay, các giao thức định tuyến đưa ra với Ad hoc đều dựa trên một giao thức
định tuyến cổ điển làm thuật toán cơ bản; do đó, việc tìm hiểu nghiên cứu các hoạt
động cơ bản của các giao thức này là hết sức cần thiết.
Giao thức cổ điển như: định tuyến theo vector khoảng cách, định tuyến theo trạng
thái liên kết đã được sử dụng từ rất lâu và đã trở nên rất quen thuộc. Tuy nhiên, các
giao thức này chỉ thích hợp cho cấu trúc mạng tĩnh, hoạt động hiệu quả ở mạng Ad hoc
có tốc độ di chuyển thấp, cấu trúc mạng ít thay đổi. Ngoài ra, giao thức này hoạt động
phụ thuộc vào bản tin điều khiển định tuyến, nên với số lượng nút mạng tăng, yêu cầu
trao đổi giữa các nút mạng tăng lên, thông tin cập nhật định tuyến lớn, chúng sẽ tiêu
tốn băng thông, năng lượng và CPU. Bởi vì hai loại giao thức định tuyến trên duy trì
định tuyến đến tất cả các nút mạng, nó không quan tâm nút mạng có tham giao truyền
thông tin trong mạng tại mọi thời điểm hay không. Hơn nữa, giao thức định tuyến cổ
điển rằng buộc liên kết phải là hai chiều, nên cần có những cải thiện nhất định cho
thông tin vô tuyến nói chung và mạng Ad hoc nói riêng.
2.1.Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết
Phương pháp định tuyến dựa trên trạng thái liên kết dựa trên giá của mỗi liên kết
(cost) và nút mạng phải duy trì cấu trúc mạng hoàn chỉnh với tham số này. Tham số
“giá” sẽ được cập nhật bằng cách mỗi nút mạng sẽ gửi thông tin quảng bá một cách
liên tục “giá” của các liên kết xuất phát từ nó tới tất cả các nút mạng khác sử dụng
thuật toán flooding. Mỗi nút mạng khi nhận được các thông tin này sẽ cập nhật cấu trúc
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49
20
- Xem thêm -