giáo trình ns2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phạm Văn Tứ

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

HÀ NỘI - 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phạm Văn Tứ

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình ViệtCán bộ đồng hướng dẫn: Ths. Đoàn Minh Phương

HÀ NỘI - 2010

TÓM TẮT

Ngày nay, cùng với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của các thiết bị di động cá

nhân như: laptop, smartphone, tablet,…, thì nhu cầu kết nối giữa các thiết bị này cũng

ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ và khả năng di chuyển trong khi kết nối. Mạng di

động đặc biệt – MANET (Mobile Ad-hoc Network) là một trong những công nghệ

vượt trội đáp ứng nhu cầu kết nối đó nhờ khả năng hoạt động không phụ thuộc vào cơ

sở hạ tầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh và có tính di

động cao. Tuy nhiên, hiện nay mạng MANET vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi và

đang được thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để

mạng đạt được hiệu quả hoạt động tốt hơn. Khóa luận nghiên cứu ảnh hưởng của sự

chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng

MANET. Bằng những kiểm chứng thông qua mô phỏng, khóa luận đưa ra các nhận

xét, đánh giá về hiệu suất mạng đối với từng giao thức định tuyến cụ thể khi các nút

mạng chuyển động với tốc độ và hướng đi thay đổi.

MỤC LỤC

TÓM TẮT.....................................................................................................................................

DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................................

DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................................

BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT...................................................................................

LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................................

Chương 1. GIỚI THIỆU.............................................................................................................1

1.1. Sự ra đời và phát triển của các mạng không dây.............................................................1

1.2. Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận.................................................................................4

1.3. Công cụ nghiên cứu chính – NS-2...................................................................................5

1.3.1. Giới thiệu về NS-2....................................................................................................5

1.3.2. Khả năng mô phỏng của NS-2..................................................................................7

1.4. Tổ chức của KLTN..........................................................................................................8

Chương 2. GIAO THỨC MAC CỦA MẠNG LAN VÀ WLAN...............................................9

2.1. Mạng LAN và mạng WLAN...........................................................................................9

2.2. Chuẩn 802.3 và giao thức CSMA/CD...........................................................................10

2.3. Chuẩn 802.11 và giao thức CSMA/CA.........................................................................12

Chương 3. MẠNG MANET VÀ BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN.................................................15

3.1. Mạng MANET...............................................................................................................15

3.1.1. Lịch sử phát triển và các ứng dụng.........................................................................15

3.1.2. Các đặc điểm chính của mạng MANET.................................................................16

3.2. Vấn đề định tuyến trong mạng MANET........................................................................17

3.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống...................................................................17

3.2.2. Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET...........................18

3.2.3. Phân loại các kỹ thuật định tuyến...........................................................................19

3.2.3.1. Link state và Distance Vector..........................................................................193.2.3.2. Định tuyến chủ ứng và phản ứng.....................................................................203.2.3.3. Định tuyến nguồn và định tuyến theo chặng...................................................21

3.3. Các giao thức định tuyến chính trong mạng MANET...................................................22

3.3.1. DSDV......................................................................................................................22

3.3.2 OLSR [8]..................................................................................................................23

3.3.3. AODV [12].............................................................................................................25

3.3.4. DSR [7]...................................................................................................................27

3.3.5. TORA [11]..............................................................................................................28

Chương 4. ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN. 30

4.1. Xác định các tham số hiệu suất cần đánh giá và cách thức phân tích kết quả mô phỏng...............................................................................................................................................30

4.1.1. Các tham số hiệu suất cần đánh giá........................................................................30

4.1.2. Cách thức phân tích kết quả mô phỏng của NS-2...................................................30

4.1.2.1. Cấu trúc tệp vết................................................................................................304.1.2. Công cụ để phân tích và biểu diễn kết quả mô phỏng............................................33

4.1.2.1. Perl...................................................................................................................334.1.2.2. GNUPLOT.......................................................................................................33

4.2. Thiết lập mạng mô phỏng MANET...............................................................................35

4.2.1. Thiết lập tô-pô mạng...............................................................................................35

4.2.2. Thiết lập mô hình chuyển động của các nút mạng và thời gian mô phỏng............36

4.2.2.1. Mô hình Random Waypoint.............................................................................374.2.2.2. Mô hình Random Walk....................................................................................38

4.2.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng..................................................39

4.2.4. Lựa chọn thời gian mô phỏng.................................................................................40

4.3. Thực hiện mô phỏng các giao thức định tuyến..............................................................40

4.3.1. Phân tích kết quả bằng công cụ perl.......................................................................40

4.3.2. Sử dụng gnuplot để vẽ đồ thị..................................................................................44

4.4. Đánh giá ảnh hưởng của sự chuyển động của nút mạng đến hiệu suất của các giao thức định tuyến..............................................................................................................................47

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................................................49

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................51

PHỤ LỤC..................................................................................................................................53

1. Bảng các trường phụ thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin...........53

2. Mô phỏng mạng MANET.................................................................................................56

3. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công....................................................................................58

4. Thời gian thiết lập kết nối.................................................................................................59

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Sự phát triển của mạng không dây và di động...............................................................1

Hình 2: Cấu trúc của NS-2..........................................................................................................5

Hình 3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2...........................................................6

Hình 4: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CD (bên gửi)............................................11

Hình 5: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CA (bên gửi)............................................13

Hình 6: Hoạt động lắng nghe kênh truyền của giao thức CSMA/CA......................................14

Hình 7: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET............................................22

Hình 8: Tô-pô mạng thay đổi....................................................................................................23

Hình 9: Quy trình chuyển tiếp gói tin khi sử dụng kíp đa điểm – MPR...................................24

Hình 10: OLSR ngăn chặn vòng lặp bằng việc sử dụng MPR để chuyển phát gói tin.............25

Hình 11: quá trình khám phá tuyến trong AODV.....................................................................25

Hình 12: Định tuyến nguồn động (DSR)..................................................................................27

Hình 13: Diện tích mạng mô phỏng và các nút mạng...............................................................35

Hình 14: Di chuyển một nút theo mô hình Random Waypoint................................................37

Hình 15: Di chuyển của 8 nút theo mô hình Random Walk.....................................................38

Hình 16: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói thành công – Random Waypoint......................................44

Hình 18: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk.......................................45

Hình 19: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Waypoint..............................46

Hình 20: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Walk.....................................46

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Sự phát triển của chuẩn 802.3.....................................................................................10

Bảng 2: Sự phát triển của chuẩn 802.11...................................................................................12

Bảng 3: Cấu trúc tệp vết............................................................................................................31

Bảng 4: Các trường thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin.....................32

Bảng 5: Cấu hình mạng mô phỏng...........................................................................................36

Bảng 6: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint.................41

Bảng 7: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Walk.........................42

Bảng 8: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Waypoint.........................................43

Bảng 9: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Walk................................................43

Bảng 10: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint..........................................44

Bảng 11: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk.................................................45

BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

AODV Adhoc On-demand Distance

Vector

MANET Mobile Adhoc NETwork

CSMA/CA Carrier sense multiple access

with collision avoidance

MPR Multi-Point Relays

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access

with Collision Detection

NS-2 Network Simulator 2

DARPA Defense Advanced Research

Projects Agency

OLSR Optimized Link State

Routing Protocol

DSDV Destination-Sequenced

Distance Vector

PRnet Packet Radio Network

DSR Dynamic Source Routing RREP Route Reply

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

RREQ Route Request

LAN Local Area Network TORA Temporally-Ordered

Routing Algorithm

MAC Media Access Control WLAN Wireless LAN

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS.Nguyễn Đình Việt,

người thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm khóa luận. Tôi cũng xin gửi

lời cảm ơn tới Ths. Đoàn Minh Phương, người đã hướng dẫn tôi trong giai đoạn chuẩn

bị nhận đề tài.

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy, cô trong trường Đại Học Công Nghệ, Đại

Học Quốc Gia Hà Nội. Thầy, cô đã dìu dắt, truyền lại cho chúng tôi không chỉ những

kiến thức chuyên ngành mà còn dạy bảo chúng tôi đạo làm người, rèn luyện cho chúng

tôi nghị lực, khát vọng vươn lên, phát huy khả năng tư duy sáng tạo trong mọi lĩnh

vực.

Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn gia đình, bạn bè, những người thân yêu nhất của

tôi. Mọi người luôn ở bên cạnh tôi, động viên, khuyến khích tôi vươn lên trong cuộc

sống.

Hà nội, tháng 5 năm 2010

Phạm Văn Tứ

Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET

Chương 1. GIỚI THIỆU

1.1. Sự ra đời và phát triển của các mạng không dây

Mạng không dây được đánh dấu mốc hình thành từ những năm 1887 khi

Heinrich Rudolf Hertz chứng minh được thuyết điện từ Maxwell thông qua thực

nghiệm. Từ đó đến nay các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hàng loạt phát minh sáng chế

góp phần đưa công nghệ mạng không dây không ngừng cải tiến vượt trội về tốc độ

truyền nhận dữ liệu. Những năm gần đây nền công nghiệp không dây và di động tăng

trưởng mạnh mẽ cả về mặt công nghệ lẫn sự bùng nổ ngày càng nhiều các thiết bị di

động, hứa hẹn một kỷ nguyên truyền thông số nở rộ trên nền các mạng không dây và

di động. Sự phát triển này được minh họa trên Hình 1 dưới đây.

Hình 1: Sự phát triển của mạng không dây và di động

Phạm Văn Tứ 1 K51MMT


Các mốc hình thành và phát triển của mạng không dây:


Nikola Tesla truyền thành công sóng radio.

Heinrich Rudolf Hertz đã tạo ra được sóng điện từ. Ông đã chứng minh được thuyết Maxwell thông qua thực nghiệm.

1887 1893 1895

1915 1931 1982 , 1991

Guglielmo Marconi:

Lần đầu tiên trong lịch sử, 3 dấu chấm (tức chữ S trong bảng ký tự Morse) đã được truyền qua không gian với khoảng cách 3km bằng sóng điện từ.

Truyền thành công sóng vô tuyến vượt Đại Tây Dương từ Arlington Virginia tới Pháp.

Tháp Eiffel đã được sử dụng để đặt anten thu tín hiệu.

Sóng FM đã được phát triển bởi Edwin H. Armstrong và được sử dụng rộng rãi để truyền thông tin qua sóng vô tuyến.

-1982: Hội nghị CEPT đã thống nhất chọn GSM để phát triển thành tiêu chuẩn cho hệ thống điện thoại di động có thể được sử dụng trên khắp châu Âu. - 1991: Các mạng GSM đầu tiên đã được đưa ra bởi Radiolinja ở Phần Lan với kỹ thuật bảo dưỡng cơ sở hạ tầng chung từ Ericsson.



-1998: Công nghệ Bluetooth đầu tiên được phát triển bởi Ericsson, sau đó được chuẩn hoá bởi Bluetooth Special Interest Group (SIG).- 1999: Chuẩn 802.11b được phát hành cho tốc độ tối đa lên 11Mb/s.-20/5/1999: Chính thức phát hành chuẩn Bluetooth 1.0

Chuẩn IEEE 802.11 (WiFi) đã được tạo ra, với tốc độ tối đa là 2Mb/s.

1997 1998, 1999 2001

2003 2004, 2009 2010

Chuẩn IEEE 802.16 được phát hành. Chuẩn này được biết đến dưới cái tên WIMAX.

- Chuẩn 802.11g được phát hành với tốc độ tối đa lên tới 54 Mb/s.

- Bluetooth 1.2 được công bố.

*2004:- Phiên bản mới của chuẩn 802.16 được bổ sung, hoàn thiện chuẩn WIMAX.- Phát hành chuẩn Bluetooth 2.0

*2009:- Chuẩn 802.11n được phát hành cho phép tốc độ truyên thông tối đa lên tới 150 Mb/s.

Liên minh Wi-Fi và Gigabit không dây đã đạt được thỏa thuận cho phép Wi-Fi hoạt động ở dải tần 60 Ghz nhằm cải thiện tốc độ truyền dữ liệu. Các chuẩn Wi-Fi hiện đang hoạt động ở dải tần từ 2.4 GHz đến 5 GHz. Tốc độ Wi-Fi sẽ tăng hơn 10 lần so với tốc độ hiện tại


1.2. Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận

Với đặc tính có thể hoạt động không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng, triển

khai nhanh, linh hoạt ở mọi vị trí địa hình khác nhau, mạng MANET đang là tâm điểm

nghiên cứu đầy triển vọng, sẽ là công nghệ đột phá trong tương lai với nhiều ứng dụng

hữu ích vào cuộc sống, thí dụ kết nối mạng truyền thông cho các các vùng mới xảy ra

thiên tai hoặc ứng dụng cho lĩnh vực quân sự.

Khóa luận tập trung đi sâu nghiên cứu về mạng MANET, kết hợp phân tích trên

lý thuyết cùng thực nghiệm mô phỏng để tìm ra và đánh giá ảnh hưởng sự di động của

các nút mạng ở các mức độ khác nhau đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến.

Nội dung cụ thể gồm:

Tìm hiểu sâu về mạng MANET, trong đó chủ yếu xem xét tới các giao thức

định tuyến.

Tìm hiểu sâu về các mô hình chuyển động của nút mạng trong MANET.

Xây dựng môi trường mô phỏng, đưa các giao thức định tuyến trong mạng

MANET vào mô phỏng thông qua NS-2.

Đánh giá ảnh hưởng sự chuyển động của các nút mạng đến hiệu suất của các

giao thức định tuyến DSDV, AODV và DSR bằng bộ mô phỏng mạng NS-2.

Từ đó đưa ra các nhận xét so sánh giữa ba giao thức.



1.3. Công cụ nghiên cứu chính – NS-2

1.3.1. Giới thiệu về NS-2

NS-2 là phần mềm mô phỏng mạng, hoạt động của nó được điều khiển bởi các

sự kiện rời rạc. NS-2 được thiết kế và phát triển theo kiểu hướng đối tượng, được phát

triển tại đại học California, Berkely. Bộ phần mềm này được viết bằng ngôn ngữ C++

và OTcl.

Hình 2: Cấu trúc của NS-2

Cấu trúc của NS-2 bao gồm các thành phần được chỉ ra trên Hình 2, chức năng của

chúng được mô tả như sau:

OTcl Script Kịch bản OTcl

Simulation Program Chương trình Mô phòng

OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng

NS Simulation Library Thư viện Mô phỏng NS

Event Scheduler Objects Các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện

Network Component Objects Các đối tượng Thành phần Mạng

Network Setup Helping Modules Các mô đun Trợ giúp Thiết lập Mạng

Plumbling Modules Các mô đun Plumbling

Simulation Results Các kết quả Mô phỏng

Analysis Phân tích

NAM Network Animator Minh họa Mạng NAM



Trong hình 2 trên, NS là Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng; bao gồm

các đối tượng: Bộ lập lịch sự kiện, các đối tượng thành phần mạng và các mô đun trợ

giúp thiết lập mạng.

Để sử dụng NS-2, người dùng lập trình bằng ngôn ngữ kịch bản OTcl. Người

dùng có thể thêm các mã nguồn Otcl vào NS-2 bằng cách viết các lớp đối tượng mới

trong OTcl. Những lớp này khi đó sẽ được biên dịch cùng với mã nguồn gốc.

Kịch bản OTcl có thể thực hiện những việc sau: Khởi tạo Bộ lập lịch Sự kiện Thiết lập Mô hình mạng dùng các đối tượng thành phần mạng Báo cho nguồn

traffic khi nào bắt đầu truyền và ngưng truyền packet trong Bộ lập lịch Sự kiện

Bộ lập lịch Sự kiện trong NS-2 thực hiện những việc sau: Tổ chức Bộ định thời mô

phỏng -- Huỷ các sự kiện trong hàng đợi sự kiện -- Triệu gọi các Thành phần mạng

trong mô phỏng.

Tùy vào mục đích của người dùng đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết quả

mô phỏng có thể được lưu trữ vào tệp vết (trace file) với khuôn dạng (format) được

những người phát triển NS định nghĩa trước hoặc theo khuôn dạng do người sử dụng

NS quyết định khi viết kịch bản mô phỏng. Nội dung tệp vết sẽ được tải vào trong các

ứng dụng khác để thực hiện phân tích. NS đã định nghĩa 2 loại tệp vết:

Nam trace file (file.nam): Chứa các thông tin về tô-pô mạng như: các nút

mạng, đường truyền, vết các gói tin; dùng để minh họa trực quan mạng đã thiết

lập.

Trace file (file.tr): Tệp ghi lại vết của các sự kiện mô phỏng, tệp file dạng text,

có cấu trúc, dùng cho các công cụ lần vết và giám sát mô phỏng như: Gnuplot,

XGRAPH hay TRACEGRAPH.

Hình 3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2



1.3.2. Khả năng mô phỏng của NS-2

NS-2 hỗ trợ mô phỏng tốt cho cả mạng có dây và mạng không dây. Bao gồm các

ưu điểm nổi bật sau:

Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại.

Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng.

Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể thực thi

được trong thực tế.

Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau.

Trong đó NS-2 có khả năng mô phỏng:

Các mô hình mạng: LAN, WLAN, di động, vệ tinh,...

Các giao thức mạng như: TCP, UDP...

Các dịch vụ nguồn lưu lượng như: FTP, CBR, VBR, Telnet, http...

Các kỹ thuật quản lý hàng đợi: Vào trước Ra trước (Drop Tail), Loại bỏ sớm

ngẫu nhiễn - RED (Random Early Drop) và Xếp hàng dựa trên sự phân lớp –

CBQ (Class-Based Queueing)...

Các thuật toán định tuyến như: Dijkstra, Distance Vector, Link State…

Các Chuẩn IEEE 802.11, IEEE 802.3,…

NS-2 cũng thực thi multicasting và vài giao thức lớp Điều khiển truy cập

đường truyền (MAC) đối với mô phỏng LAN.



1.4. Tổ chức của KLTN

Nội dung khóa luận bao gồm bốn chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu về sự ra đời và phát triển của các mạng không dây, trình

bày tổng quát về bộ mô phỏng mạng NS-2 và nêu lên được mục tiêu nghiên cứu

xuyên suốt trong đề tài khóa luận tốt nghiệp này.

Chương 2: Trình bày các giao thức MAC của mạng LAN và WLAN như giao

thức CSMA/CD, CSMA/CA cùng hai chuẩn tương ứng là IEEE 802.3 và IEEE

802.11.

Chương 3: Nêu lên lịch sử hình thành, các đặc điểm chính của mạng MANET,

đồng thời mô tả chi tiết về các giao thức định tuyến như DSDV, AODV, DSR, OLSR,

TORA và phân loại các kỹ thuật định tuyến khác nhau.

Chương 4: Từ các kết quả thực nghiệm mô phỏng chúng tôi đánh giá ảnh hưởng

của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong

mạng MANET.



Chương 2. GIAO THỨC MAC CỦA MẠNG LAN VÀ WLAN

2.1. Mạng LAN và mạng WLAN

Trong nhưng năm gần đây mạng WLAN đã trở lên phổ biến rộng khắp ở mọi

nơi: lớp học, sân trường, thư viện, văn phòng, quán cà phê, khách sạn, tới hộ gia đình.

Mạng WLAN đã đạt được những bước tiến khá dài và vững chắc, dần trở thành một

đối trọng của công nghệ mạng LAN phổ biến từ trước tới nay. Các lợi thế lớn mà

WLAN đem lại cho người dùng gồm:

1. Tính di động:

Với khả năng hỗ trợ của mạng không dây, người dùng không bị ràng buộc vào

các dây nối, tức là trong khi đang kết nối người sử dụng vẫn có thể di chuyển từ vị trí

này đến vị trí khác trong khu vực phủ sóng mà không bị gò bó tại một vị trí cố định

như trong mạng LAN truyền thống. Nhờ đó người dùng có thể mang theo thiết bị của

mình đến bất cứ đâu có sóng không dây là có thể truy cập vào mạng.

2. Tính mềm dẻo:

Triển khai mạng không dây rất thuận tiện và dễ dàng vì môi trường truyền luôn

có sẵn mọi lúc, mọi nơi mà không cần phải lên kế hoach trước, không cần kéo dây cáp

mạng hay bất kỳ sự vướng víu nào. Người dùng dễ dàng thiết lập kết nối một cách

nhanh chóng phục vụ cho công việc của mình.

3. Dễ dàng triển khai lắp đặt:

Đối với nhiều khu vực việc triển khai mạng có dây khá là khó khăn, tốn nhiều

công sức do địa hình không thuận lợi hoặc không được phép lắp đặt vì làm mất mĩ

quan. Trái lại với mạng không dây ta chỉ cần thiết lập, lắp đặt các thiết bị trung tâm

như Access point, Switch, Router, sau đó không cần phải đi thêm các hệ thống dây cáp

đến từng máy cố định như trong mạng thông thường.



2.2. Chuẩn 802.3 và giao thức CSMA/CD

2.2.1. Chuẩn 802.3:

IEEE 802.3 là tập hợp các tiêu chuẩn do tổ chức IEEE định nghĩa về tầng vật lý

(Physical layer) và lớp con điều khiển truy cập môi trường truyền (MAC sublayer) của

lớp liên kết dữ liệu (Data link layer) trong mạng Ethernet. Theo chuẩn này, các kết nối

vật lý được thực hiện giữa các nút và (hoặc) các thiết bị cơ sở hạ tầng như: hub,

switch, router… bằng các loại cáp đồng hoặc cáp quang. Chuẩn 802.3 đồng thời cũng

hỗ trợ các kiến trúc mạng theo chuẩn 802.1.

Kích thước gói tin tối đa theo chuẩn là 1518 byte, mặc dù vậy để hỗ trợ mạng

LAN ảo và độ ưu tiên dữ liệu trong chuẩn 802.3ac, nó được mở rộng tới 1.522

byte. Nếu giao thức lớp trên đưa ra một khung dữ liệu (PDU) nhỏ hơn 64 byte, thì

chuẩn 802.3 sẽ đệm thêm các trường dữ liệu để đạt được tối thiểu 64 byte. Do đó kích

thước khung tối thiểu luôn luôn là 64 byte.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, tốc độ kết nối trong Ethernet không

ngừng được nâng lên. Dưới đây là một số mốc phát triển chính của chuẩn 802.3:

Bảng 1: Sự phát triển của chuẩn 802.3

Chuẩn Năm Sự kiện

802.3u 1995Fast Ethernet ra đời với tốc độ 100 Mbit/s: 100BASE-

TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX

802.3z 19981000BASE-X Gbit/s Ethernet qua cáp quang với tốc độ 1

Gbit/s

802.3ab 1999 1000BASE-T Gbit/s Ethernet qua cáp UTP với tốc độ 1 Gbit/s

802.3ae 2003 10 Gbit/s Ethernet over fiber



2.2.2. Giao thức CSMA/CD

Hình 4: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CD (bên gửi)

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) – là giao

thức Đa truy cập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột. Mạng LAN hoạt động

dựa trên nguyên tắc này. Khi máy tính muốn truyền dữ liệu, trước tiên nó lắng nghe

xem đường truyền có bận hay không (bằng cách cảm nhận tín hiệu sóng mang). Nếu

không có, nó sẽ thực hiện truyền gói tin. Sau khi truyền gói tin, nó vẫn tiếp tục lắng

nghe để xem có máy nào định truyền tin hay không. Nếu không có xung đột, nó tiếp

tục truyền gói tin cho đến khi hoàn thành. Nếu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi broadcast

ra toàn mạng tín hiệu nghẽn (jam signal) để các máy khác dễ dàng nhận ra xung đột.

Sau đó nó sẽ đợi một thời gian theo thuật toán Backoff rồi thử gửi lại gói tin.



2.3. Chuẩn 802.11 và giao thức CSMA/CA

2.3.1 Chuẩn 802.11

IEEE 802.11 là một tập các chuẩn do tổ chức IEEE quy định về truyền thông

máy tính trong mạng LAN không dây ở các dải tần số: 2.4 GHz, 3.6 GHz và 5 GHz.

Chuẩn 802.11 bao gồm các kỹ thuật điều biến tín hiệu “truyền qua không khí” (over-

the-air) sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa các thiết bị không dây và

điểm truy cập (access point) hoặc giữa các thiết bị không dây với nhau (mạng ad-hoc).

Chuẩn mạng không dây đầu tiên được ra đời vào tháng sáu năm 1997 (802.11-

1997) nhưng phải mãi đến tháng 9 năm 1999 chuẩn 802.11b ra đời mới được chấp

nhận rộng rãi. Tiếp theo đó là sự ra đời của chuẩn 802.11g và 802.11n đánh dấu sự cải

tiến vượt trội về tốc độ truyền tải mạng không dây. Trong đó chuẩn 802.11n được ứng

dụng kỹ thuật điều biến đa luồng mới cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ cao nhất lên

đến 150Mbps mỗi luồng. Chúng ta cùng nhìn lại sự phát triển, cải tiến của mạng

không dây chuẩn 802.11 theo bảng 2.

Bảng 2: Sự phát triển của chuẩn 802.11

802.11

ProtocolNăm

Tần số

(GHz)

Băng

thông

(MHz)

Tốc độ truyền dữ liệu trên

mỗi luồng (Mb/s)

Số

luồng

MIMO

- 1997 2.4 20 1, 2 1

a 9/1999 5/3.7 20 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1

b 9/1999 2.4 20 1, 2, 5.5, 11 1

g 6/2003 2.4 20 1, 2, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1

n 10/2009 2.4/5

20 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8,

65, 72.24

40 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135,

150



2.3.1 Giao thức CSMA/CA

Hình 5: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CA (bên gửi)

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – Đa truy

cập cảm nhận sóng mang có tránh xung đột. CSMA/CD là phương thức truy cập của

lớp hai (Data link). Nguyên tắc hoạt động của phương thức này dựa trên việc cảm

nhận sóng mang, tránh xung đột và cơ chế nghe trước khi nói “Listen before talk”.

Một nút trước khi truyền phải lắng nghe kênh truyền trước để xem có nút nào khác

đang truyền sóng trong vùng sóng cần truyền hay không.



Hình 6: Hoạt động lắng nghe kênh truyền của giao thức CSMA/CA

Nếu kênh truyền rỗi: Nút sẽ đợi một khoảng thời gian tối thiểu DIFS sau đó

bắt đầu quá trình truyền.

Nếu kênh truyền bận:

Nút muốn truyền phải đợi một khoảng thời gian DIFS

Và chờ thêm một khoảng thời gian Backoff ngẫu nhiên trong cửa sổ

tranh chấp. Cơ chế này giúp CSMA/CA tránh được xung đột.

Sau mỗi khoảng thời gian DIFS, nếu môi trường truyền rỗi, thời gian

Backoff giảm đi 1. Trái lại nó được giữ nguyên cho khoảng thời gian

DIFS tiếp theo. Khi thời gian Backoff giảm đến không, nút bắt đầu truy

cập môi trường truyền. Tuy nhiên, nếu trước đó một nút khác đã truy cập

môi trường truyền trước khi thời gian Backoff của nút này giảm đến

không thì nó sẽ giữ lại giá trị thời gian Backoff hiện tại để sử dụng cho

lần truy cập tiếp theo.



Chương 3. MẠNG MANET VÀ BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN

3.1. Mạng MANET

3.1.1. Lịch sử phát triển và các ứng dụng

Lịch sử:

Mạng di động đặc biệt (Mobile Adhoc Netwowk) là mạng tự cấu hình của các

nút di động kết nối với nhau thông qua các liên kết không dây tạo nên mạng độc lập

không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng. Các thiết bị trong mạng có thể di chuyển

một cách tự do theo mọi hướng, do đó liên kết của nó với các thiết bị khác cũng thay

đổi một cách thường xuyên.

Nguyên lý làm việc của mạng Adhoc bắt nguồn từ năm 1968 khi các mạng

ALOHA được thực hiện. Tuy các trạm làm việc là cố định nhưng giao thức ALOHA

đã thực hiện việc quản lý truy cập kênh truyền dưới dạng phân tán, đây là cơ sở lý

thuyết để phát triển kỹ thuật truy cập kênh phân tán vào mạng Adhoc.

Năm 1973 tổ chức DARPA đã bắt đầu làm việc trên mạng vô tuyến gói tin

PRnet. Đây là mạng vô tuyến gói tin đa chặng đầu tiên. Trong đó các nút hợp tác với

nhau để gửi dữ liệu tới một nút nằm ở xa khu vực kết nối thông qua một nút khác. Nó

cung cấp cơ chế cho việc quản lý hoạt động trên cơ sở tập trung và phân tán.

Một lợi điểm của làm việc đa chặng so với đơn chặng là triển khai đa chặng tạo

thuận lợi cho việc dùng lại tài nguyên kênh truyền về cả không gian, thời gian và giảm

năng lượng phát cần thiết.

Sau đó có nhiều mạng vô tuyên gói tin phát triển nhưng các hệ thống không dây

này vẫn chưa bao giờ tới tay người dùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời. IEEE đã đổi

tên mạng vô tuyến gói tin thành mạng Adhoc.

Ứng dụng:

Quân sự: Hoạt động phi tập trung của mạng Adhoc và không phụ thuộc vào cơ

sở hạ tầng mạng là một yếu tố thiết yếu đối với lĩnh vực quân sự, nhất là trong các

trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạ tầng mạng bị phá hủy. Lúc này mạng

Adhoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thông liên lạc với nhau một cách

nhanh chóng.



Trường học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Adhoc trong trường học,

lớp học, thư viện, sân trường,… để kết nối các thiết bị di động (laptop, smartphone) lại

với nhau, giúp sinh viên, thầy cô giáo có thể trao đổi bài một cách nhanh chóng thông

qua mạng adhoc vừa tạo.

Gia đình: Tại nhà bạn có thể tạo nhanh mạng Adhoc để kết nối các thiết bị di

động của bạn với nhau, nhờ đó ta có thể di chuyển tự do mà vẫn đảm bảo kết nối

truyền tải dữ liệu.

Kết nối các thiết bị điện tử với nhau: Trong những năm tới khi mà các thiết bị

điện tử đều được gắn các giao tiếp không dây, giúp chúng có thể trao đổi giao tiếp với

nhau thì mạng Adhoc sẽ rất phù hợp để tạo nên một hệ thống thông mình có khả năng

liên kết với nhau.

3.1.2. Các đặc điểm chính của mạng MANET

Mỗi nút di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm về

nguồn năng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau. Chúng có thể di chuyển về mọi

hướng theo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính

của mạng MANET như sau:

Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn biến đổi theo các mức độ di

chuyển của nút mạng.

Khoảng cách sóng ngắn: Khoảng cách sóng của các thiết bị di động là rất hạn

chế.

Năng lượng hạn chế: Tất cả các thiết bị di động đều sử dụng pin nên khi tham

gia vào mạng MANET chúng bị hạn chế về năng lượng, khả năng xử lý của

CPU, kích thước bộ nhớ.

Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so với

đường truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hưởng của sự nhiễu, suy giảm tín hiệu,

các điều kiện giao thoa vì thế mà thường nhỏ hơn tốc độ truyền lớn nhất của

sóng vô tuyến.

Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi trường

không khí, điều này khiến cho cơ chế bảo mật kém hơn so vơi môi trường

truyền cáp vì nó tiềm ẩn nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đường truyền, giả

mạo, DoS,…



3.2. Vấn đề định tuyến trong mạng MANET

3.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống

Các giao thức định tuyến truyền thống thường sử dụng hai giải thuật:

Distance Vector: RIP , IGRP,...

Nguyên tắc hoạt động: mỗi router sẻ gửi bảng định tuyến của mình cho tất cả

các router được nối trực tiếp với nó . Các router đó so sánh với bảng bảng định tuyến

mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường của mình với các tuyến đường mới

nhận được, tuyến đường nào tối ưu hơn sẽ được đưa vào bảng định tuyến. Các gói tin

cập nhật sẽ được gửi theo định kỳ (30 giây với RIP ,90 giây đối với IGRP) [9].

Ưu điểm:

Dễ cấu hình, router không phải xử lý nhiều nên không tốn nhiều dung lượng bộ

nhớ và CPU có tốc độ xử lý nhanh hơn.

Nhược điểm:

- Hệ thống metric quá đơn giản (như Rip chỉ là hop-count ) dẫn đến việc các

tuyến đường được chọn vào bảng định tuyến chưa phải tuyến đường tốt nhất.

- Vì các gói tin cập nhật được gửi theo định kỳ nên một lượng băng thông đáng

kể sẽ bị chiếm.

- Do Router hội tụ chậm, dẫn đến việc sai lệch trong bảng địn tuyến gây nên hiện

tượng vòng lặp (loop).

Link state: OSPF, IS-IS

Nguyên tắc hoạt động: Các router không gửi bảng định tuyến của mình, mà chỉ

gửi tình trạng của các đường liên kết trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (linkstate-

database) của mình đi cho các router khác, các router sẽ áp dụng giải thuật SPF

(shortest path first ), để tự xây dựng bảng định tuyến riêng cho mình. Khi mạng đã hội

tụ, các giao thức Link state sẽ không gửi cập nhật định kỳ mà chỉ gửi khi nào có sự

thay đổi trong mạng (1 đường bị down , cần sử dụng đường dự phòng).

Ưu điểm:

Có thể thích nghi được với đa số hệ thống, cho phép người thiết kế có thể thiết kế

mạng linh hoạt, phản ứng nhanh với tình huống xảy ra. Do không gởi cập nhật định kỳ

như Distance Vector, nên Link State bảo đảm được băng thông cho các đường mạng.



Nhược điểm:

- Do router phải xử lý nhiều, nên chiếm nhiều bộ nhớ, tốc độ CPU chậm hơn nên

tăng độ trễ

Việc sử dụng các giao thức định tuyến truyền thống trong mạng MANET sẽ dẫn

đến rất nhiều vấn đề trở ngại cần giải quyết:

Tiêu tốn năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhập định kỳ như trong giao thức

định tuyến Distance Vector.

Tiêu tốn băng thông mạng cho các cập nhập định kỳ.

Làm quá tải bộ vi xử lý của thiết bị: khi các thông tin cập nhật, số nút mạng

tăng lên.

Tạo ra nhiều đường đi dư thừa

3.2.2. Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET

Các giao thức định tuyến trong mạng MANET cần đảm bảo:

Thích ứng nhanh khi tô-pô mạng thay đổi: khi các nút mạng di chuyển nhanh,

yêu cầu kết nối tăng lên thì các giao thức hoạt động theo cơ chế tiếp cận tập

trung sẽ giảm hiệu quả rõ rệt do phải tốn nhiều thời gian để thu thập thông tin

về trạng thái hiện tại và phát tán lại nó. Trong khi đó cấu hình mạng có thể đã

thay đổi khác đi rồi.

Đảm bảo hiệu quả trong môi trường truyền khi các nút đứng yên. Lúc này tô-

pô mạng là cố định không thay đổi nên các giao thức định tuyến chỉ cần gửi các

cập nhật khi có yêu cầu hoặc mạng thay đổi như việc một nút nào đó tắt kết nối.

Không có lặp định tuyến: Cần ngăn chặn hiện tượng này, bởi vì khi đó các gói

tin bị định tuyến sai, dẫn đến việc bị truyền quay vòng liên tục trong một số kết

nối mạng, khiến cho băng thông mạng và các tài nguyên khác như năng lượng

nguồn nuôi bị tiêu tốn vô ích.

Bảo mật: Việc định tuyến trong mạng MANET có nguy cơ bị tấn công dễ dàng

bằng các phương pháp như xâm nhập đường truyền, phát lại, thay đổi các gói

tin tiêu đề, điều hướng các thông điệp định tuyến. Do đó khi thiết kế các giao



thức định tuyến cần phải có phương pháp để phát hiện được và ngăn chặn các

loại tấn công.

3.2.3. Phân loại các kỹ thuật định tuyến

3.2.3.1. Link state và Distance Vector

Thuật toán định tuyến vector khoảng cách (distance-vector routing protocols)

Thuật toán này dùng thuật toán Bellman-Ford, trong đó chỉ định một con số, gọi

là chi phí (hay trọng số), cho mỗi một liên kết giữa các nút trong mạng. Các nút sẽ gửi

thông tin về đường đi từ điểm A đến điểm B qua các đường truyền (kết nối) mang lại

tổng chi phí thấp nhất (là tổng các chi phí của các kết nối giữa các nút được dùng).

Thuật toán hoạt động với những hành động rất đơn giản. Khi một nút khởi động

lần đầu, nó chỉ biết các nút kề trực tiếp với nó, và chi phí trực tiếp để đi đến đó (thông

tin này, danh sách của các đích, tổng chi phí đến từng đích và bước kế tiếp để gửi dữ

liệu đến đó tạo nên bảng định tuyến, hay bảng khoảng cách). Mỗi nút, trong một tiến

trình, gửi đến từng “hàng xóm” tổng chi phí của nó để đi đến các đích mà nó biết. Các

nút “hàng xóm” phân tích thông tin này, và so sánh với những thông tin mà chúng

đang “biết”; bất kỳ điều gì cải thiện được những thông tin chúng đang có sẽ được đưa

vào các bảng định tuyến của những “hàng xóm” này. Đến khi kết thúc, tất cả nút trên

mạng sẽ tìm ra bước truyền kế tiếp tối ưu đến tất cả mọi đích, và tổng chi phí tốt nhất.

Khi một trong các nút gặp vấn đề, những nút khác có sử dụng nút hỏng này trong

lộ trình của mình sẽ loại bỏ những lộ trình đó, và tạo nên thông tin mới của bảng định

tuyến. Sau đó chúng chuyển thông tin này đến tất cả nút gần kề và lặp lại quá trình

trên. Cuối cùng, tất cả nút trên mạng nhận được thông tin cập nhật, và sau đó sẽ tìm

đường đi mới đến tất cả các đích mà chúng còn tới được.

Thuật toán định tuyến trạng thái kết nối (Link-state routing protocols)

Khi áp dụng các thuật toán trạng thái kết nối, mỗi nút sử dụng dữ liệu cơ sở của

nó như là một bản đồ của mạng với dạng một đồ thị. Để làm điều này, mỗi nút phát đi

tới toàn mạng những thông tin về các nút khác mà nó có thể kết nối được, và từng nút

góp thông tin một cách độc lập vào bản đồ. Sử dụng bản đồ này, mỗi nút sau đó sẽ xác

định được tuyến đường tốt nhất từ nó đến mọi nút khác.

Thuật toán đã làm theo cách này là Dijkstra, bằng cách xây dựng cấu trúc dữ liệu

khác, dạng cây, trong đó nút hiện tại là gốc, và chứa mọi nút khác trong mạng. Bắt đầu



với một cây ban đầu chỉ chứa chính nó. Sau đó lần lượt từ tập các nút chưa được thêm

vào cây, nó sẽ thêm nút có chi phí thấp nhất để đến một nút đã có trên cây. Tiếp tục

quá trình đến khi mọi nút đều được thêm vào cây.

Cây này sau đó phục vụ để xây dựng bảng định tuyến, đưa ra bước truyền kế tiếp

tốt ưu, … để từ một nút đến bất kỳ nút khác trên mạng.

So sánh các thuật toán định tuyến

Các giao thức định tuyến theo thuật toán vector khoảng cách đơn giản và hiệu

quả hơn trong các mạng nhỏ, đòi hỏi ít (nếu có) sự giám sát. Tuy nhiên nhược điểm

của nó là khả năng hội tụ chậm khi mạng lớn và thay đổi, điều này dẫn đến sự phát

triển của các thuật toán trạng thái kết nối tuy phức tạp hơn nhưng tốt hơn để dùng

trong các mạng lớn.

Ưu điểm chính của định tuyến bằng trạng thái kết nối là phản ứng nhanh nhạy

hơn, và trong một khoảng thời gian có hạn, đối với sự thay đổi kết nối. Ngoài ra,

những gói được gửi qua mạng trong định tuyến bằng trạng thái kết nối thì nhỏ hơn

những gói dùng trong định tuyến bằng vector. Định tuyến bằng vector đòi hỏi bảng

định tuyến đầy đủ phải được truyền đi, trong khi định tuyến bằng trạng thái kết nối thì

chỉ có thông tin về “hàng xóm” của nút được truyền đi. Vì vậy, các gói này dùng tài

nguyên mạng ở mức không đáng kể. Khuyết điểm chính của định tuyến bằng trạng

thái kết nối là nó đòi hỏi nhiều sự lưu trữ và tính toán để chạy hơn định tuyến bằng

vector.

3.2.3.2. Định tuyến chủ ứng và phản ứng

Các giao thức định tuyến trong mạng MANET được người ta phân chia thành các

loại: định tuyến chủ ứng (proactive), định tuyến phản ứng (reactive) và định tuyến lai

ghép giữa hai loại trên. Các giao thức định tuyến chủ ứng sử dụng phương pháp phát

tràn (Floading) để quảng bá thông tin tới các thiết bị. Phương pháp này cho phép thời

gian thiết lập đường nhanh dựa trên các tham số gửi tới thiết bị sẵn sàng cho kết nối.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng làm lưu lượng các gói tin tìm đường tăng lên rất

lớn, đây chính là nhược điểm của phương pháp này. Giao thức định tuyến trạng thái

liên kết tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) và giao thức định tuyến vector

khoảng cách tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector

Routing) là hai ví dụ của giao thức định tuyến chủ ứng.



Các giao thức định tuyến phản ứng thiết lập tuyến dựa theo từng yêu cầu kết nối.

Phương pháp này hạn chế được chi phí tìm đường, nhưng nhược điểm cơ bản là gây

trễ lớn cho các khung truyền dẫn đầu tiên cũng như thời gian chọn đường dẫn chậm.

Hai giao thức phản ứng điển hình là giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu

cầu AODV (On-demand Distance Vector Routing) và giao thức định tuyến định tuyến

nguồn động DSR (Dynamic Source Routing).

Một khi xảy ra lỗi tại nút, các giao thức định tuyến thường khôi phục đường dẫn

bằng phương pháp thiết lập tuyến mới. Hầu hết các tiếp cận hiện nay đều sử dụng

thông tin phản hồi tới thiết bị nguồn nhằm khởi tạo tuyến mới, vì vậy lưu lượng bản tin

trao đổi là rất lớn và tăng lên rất nhanh khi kích thước mạng lớn, nhất là đối với các

giao thức định tuyến chủ ứng. Khi kích thước mạng tăng cũng đồng nghĩa với sự suy

giảm hiệu năng mạng do hiện tượng trễ của thủ tục định tuyến và truyền khung đầu

tiên tăng lên rất lớn nếu sử dụng giao thức định tuyến phản ứng.

3.2.3.3. Định tuyến nguồn và định tuyến theo chặng

Với định tuyến nguồn, toàn bộ thông tin về đường đi tới đích được đặt trong

trường tiêu đề của gói tin dữ liệu, các nút trung gian chỉ việc chuyển tiếp gói tin theo

đường trong tiêu đề. Lợi điểm của giao thức này là loại bỏ được nhu cầu quảng bá

đường định kỳ và các gói tin khám phá (discovery) hàng xóm.

Trong định tuyến theo chặng, khi một nút nhận được gói tin cần chuyển tới

đích, nút đó chuyển tiếp gói tin theo chặng tiếp theo hướng tới đích mà nó biết. Nút

tiếp theo lại chuyển tiếp gói tin đến đích theo những chặng mà nó biết dựa vào bảng

định tuyến của nó. Quá trình trên sẽ dừng lại khi gói tin được chuyển tới đích. Nhược

điểm của phương pháp này là tất cả các nút cần duy trì thông tin định tuyến nên phải

xử lý nhiều hơn và có khả năng tạo thành các vòng lặp định tuyến.



3.3. Các giao thức định tuyến chính trong mạng MANET

Hình 7: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET

3.3.1. DSDV

DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) là giao thức chủ ứng

dựa trên dựa trên thuật toán Distance vector được xây dựng bởi C.Perkins và

P.Bhagwat năm 1994 [13]. Giao thức này được xây dựng dựa trên tiêu chí giữ nguyên

sự đơn giản của giải thuật Bellman-Ford và loại bỏ vấn đề vòng lặp.

Truyền thông tin định tuyến: Thông tin định tuyến được gửi quảng bá (broadcast)

tới tất cả các nút hàng xóm liền kề nó. Thông tin cập nhật được phát định kỳ hoặc ngay

khi có các thay đổi xảy ra trong mạng. Để tránh lặp định tuyến DSDV gắn số thứ tự

chẵn cho mỗi đường. Số thứ tự được gắn bởi nút đích, được gửi đi trong gói tin cập

nhập. Số thứ tự này cho thấy độ mới của mỗi đường, đường nào có số thứ tự cao hơn

được xem là tốt hơn. [10]



Hình 8: Tô-pô mạng thay đổi

Số thứ tự này sẽ tăng lên một đơn vị khi một nút phát hiện đường đi tới đích có

liên kết bị hỏng khi nó không nhận được cập nhật định kỳ. Khi ấy trong gói tin cập

nhật kế tiếp nó gửi đi sẽ quảng bá đường tới đích này có số chặng bằng vô hạn (metric

~ ∞) và tăng thứ tự đường.

Khi một nút nhận được thông tin mới về một tuyến đường, tuyến này sẽ được

chọn nếu nó có số thứ tự lớn hơn các số thứ tự khác của cùng tuyến đó trong bảng định

tuyến. Nếu nó có cùng số thứ tự thì nó sẽ được chọn nếu có số metric tốt hơn.

Để làm giảm kích thước gói tin cập nhập, DSDV sử dụng hai loại thông điệp cập

nhật là:

Full dump: Cập nhật đầy đủ. Thông điệp này bao gồm toàn bộ thông tin định

tuyến mà nút đó biết đến thời điểm đó.

Incremental dump: cập nhật bổ sung. Gói thông điệp này chỉ bao gồm các

thông tin về những thay đổi từ lần cập nhật đầy đủ gần nhất.

Hai loại thông điệp cật nhật này được lưu vào hai bảng khác nhau, một bảng để

chuyển tiếp các gói tin đầy đủ, một để phát các gói tin cập nhật. Gói tin cập nhật đầy

đủ chỉ được phát thường xuyên khi các nút thường xuyên di chuyển, khi mạng ít thay

đổi, chủ yếu chỉ có gói tin cập nhật bổ sung được gửi đi.

3.3.2 OLSR [8]

OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) là giao thức chủ ứng dựa trên

thuật toán trạng thái kết nối (Link state). Các nút gửi định kỳ ra toàn mạng thông điệp

“Hello” để trao đổi thông tin về hàng xóm. Thông tin này bao gồm IP của nút, số thứ

tự và danh sách các thông tin khoảng cách của các nút hàng xóm. Sau khi cập nhật



những thông tin này nút sẽ xây dựng lên bảng định tuyến của nó và có cái nhìn tổng

thể về toàn mạng. Dựa vào bảng định tuyến này nó có thể tự tính được đường đi tới

các nút khác dựa vào thuật toán tìm đường đi ngắn nhất. Khi một nút nhận được một

gói tin trùng lặp với cùng số thứ tự nó sẽ loại bỏ gói tin này. Trong bảng định tuyến

nút lưu trữ thông tin định tuyến tới tất cả các nút khác trong mạng. Những thông tin

này chỉ được cập nhật khi:

Khi nút nhận thấy sự thay đổi trong quan hệ hàng xóm (vd: mất liên kết đến

nút hàng xóm,…)

Tuyến đường tới các nút đích khác hết hạn (quá lâu không được cập nhập)

Phát hiện ra đường đi mới ngắn hơn để tới đích.

Điểm khác biệt giữa OLSR và LSR (Link State Protocol) là việc giao thức OLSR

hoạt động dựa trên việc một nhóm nút mạng cộng tác với nhau tạo nên một kíp phát

chuyển tiếp đa điểm (Multi-Point Relays - MPR). Mỗi nút N trong mạng sẽ lựa chọn ra

một tập các nút hàng xóm của nó vào kíp đa điểm MPR(N), các nút thuộc kíp đa điểm

này sẽ chuyển tiếp các gói tin điều khiển được gửi từ N. Nút không thuộc kíp đa điểm

của N vẫn xử lý gói tin này nhưng sẽ không chuyển tiếp đến các nút khác.

Hình 9: Quy trình chuyển tiếp gói tin khi sử dụng kíp đa điểm – MPR

Ưu điểm đầu tiên của việc sử dụng kíp đa điểm (MPR) là việc làm giảm thiểu các

thông điệp quảng bá phát tràn trong mạng, giúp cho băng thông được cải thiện đáng



kể. Lợi điểm thứ hai là việc giảm được kích thước của gói tin “Hello” vì nó chỉ lưu trữ

các thông tin liên quan tới các nút trong kíp đa điểm của nó.

Hình 10: OLSR ngăn chặn vòng lặp bằng việc sử dụng MPR để chuyển phát gói tin.

3.3.3. AODV [12]

AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) là giao thức dựa trên thuật toán

vector khoảng cách. 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 11: quá trình khám phá tuyến trong AODV

Khi một nút nguồn muốn gởi một bản tin đến một nút 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. Nó phát quảng bá một gói yêu cầu tuyến (RREQ) đến các nút lân cận.



Các nút lân cận này sau đó sẽ chuyển tiếp gói yêu cầu đến nút lân cận khác của chúng.

Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi có một nút trung gian nào đó xác định được

một tuyến “đủ tươi” 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 nút duy trì số

tuần tự của nó cùng với một ID quảng bá. ID quảng bá được tăng lên mỗi khi nút khởi

đầu một RREQ, và cùng với địa chỉ IP của nút, xác định duy nhất một RREQ. Cùng

với số tuần tự và ID quảng bá, nút nguồn bao gồm trong RREQ hầu hết số tuần tự hiện

tại của đích mà nó có. Các nút 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 nút trung gian ghi vào Bảng định

tuyến của chúng địa chỉ của các nút 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 nút trung gian với tuyến “đủ tươi”, nút đích (hoặc nút trung gian)

đáp ứng lại bằng cách phát đơn phương một gói đáp ứng tuyến (RREP) ngược về nút

lân cận mà từ đó nó thu được RREQ. Khi RREP được định tuyến ngược theo đường

dẫn, các nút trên đường dẫn đó thiết lập các thực thể tuyến chuyển tiếp trong Bảng

định tuyến của chỉ nút 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 nút nguồn

chuyển động, nó phải khởi động lại giao thức khám phá tuyến để tìm ra một tuyến mới

đến đích. Nếu một nút trên tuyến chuyển động, nút 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 nút lân cận tích cực luồng lên để thông báo cho các nút này

xoá phần tuyến đó. Các nút này thực chất truyền một “Thông báo sự cố đường thông”

đến các nút lân cận luồng lên. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi đạt đến nút

nguồn. Nút nguồn sau đó có thể chọn khởi động lại một quá trình khám phá tuyến cho

đích đó nếu một tuyến vẫn cần thiết [4].

Ngoài ra, giao thức này sử dụng bản tin HELLO được phát quảng bá định kỳ bởi

một nút để thông báo cho tất cả các nút khác về những nút lân cận của nó. Các bản tin



HELLO có thể được sử dụng để duy trì khả năng kết nối cục bộ của một nút. Tuy

nhiên, việc sử dụng bản tin HELLO là không cần thiết. Các nút 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, nút 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 nút khác mà từ đó nút di động

đã nghe tin báo, do đó tạo ra khả năng liên kết lớn hơn cho mạng.

3.3.4. DSR [7]

Giao thức DSR (Dynamic Source Routing) là một giao thức định tuyến phản ứng

từ nút nguồn. Trong đó, các nút di động cần duy trì bộ nhớ đệm về tuyến chứa các nút

nguồn mà nút di động nhận biết được. Các thực thể trong bộ nhớ đệm về tuyến được

cập nhật liên tục.

Hình 12: Định tuyến nguồn động (DSR)

Giao thức này bao gồm 2 giai đoạn chính: a) Khám phá tuyến và b) Duy trì

tuyến. Khi một nút di động gởi một gói đến một nút 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 nút nguồn và số nhận dạng duy nhất. Mỗi nút 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 nút, một nút chỉ chuyển tiếp yêu cầu tuyến nếu nó chưa biết yêu cầu đó và nếu

địa chỉ của nút 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 nút 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 nút trung gian như thế, nó chứa một Bảng ghi

tuyến cho biết số tuần tự chặng đã trải qua.

Nếu nút tạo ra đáp ứng tuyến là đích thì nó đặt Bảng ghi tuyến chứa trong yêu

cầu tuyến vào đáp ứng tuyến. Nếu nút tương ứng là một nút 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, nút 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, nút 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 nút khi lớp liên kết dữ liệu gặp

sự cố đường truyền. Nút nguồn luôn luôn bị dừng khi một tuyến bị cắt đứt (có một liên

kết trên tuyến bị lỗi). Khi nhận được một gói lỗi tuyến, chặng bị lỗi sẽ bị loại bỏ khỏi

bộ nhớ đệm tuyến của nút 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 nút di động có thể nghe việc chuyển tiếp gói ở chặng kế tiếp

trên tuyến).

3.3.5. TORA [11]

TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm) là một thuật toán định tuyến

phân bố không có vòng lặp 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 nút nguồn/đích cần

thiết. Nguyên lý chủ đạo trong TORA là định vị các bản tin điều khiển đối với mọi tập



hợp các nút gần với nơi xảy ra sự thay đổi topo mạng. Để thực hiện được điều này, các

nút cần duy trì thông tin định tuyến về các nút 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 nút sử dụng một tham số “độ

cao” để thiết lập một DAG (sơ đồ hình xoắn ốc) có gốc ở nút 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 nút lân cận. Quá trình thiết lập DAG tương tự như quá trình vấn

tin/đáp ứng trong LMR (Light-Weight Moblie Routing - Định tuyến di động trọng số

thấp).

Trong thời gian một nút 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 nút tạo ra một mức tham chiếu mới dựa vào mức tham chiếu

của các nút 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 nút 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 nút đều có đồng hồ đồng bộ

(thực thi qua một nguồn thời gian bên ngoài như hệ thống định vị toàn cầu - GPS).

Các tham số của TORA gồm: a) Thời gian sự cố đường thông, b) ID duy nhất

của nút xác định mức tham chiếu mới, c) Bit chỉ thị phản ánh, d) Tham số thứ tự

truyền, và e) ID duy nhất của nút. 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 nút 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 nút đang liên kết là phần hiện đang bị xoá, các tuyến đang xoá, và các tuyến đang

xây dựng mới. Do TORA sử dụng toà độ liên nút 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.



Chương 4. ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

4.1. Xác định các tham số hiệu suất cần đánh giá và cách thức phân tích kết

quả mô phỏng

4.1.1. Các tham số hiệu suất cần đánh giá

Hiệu suất là khái niệm chỉ độ đo công việc mà hệ thống thực hiện được. Đối với

lĩnh vực nghiên cứu mạng máy tính, hiệu suất bao gồm các độ đo thông dụng như: tính

sẵn sàng, thông lượng, độ trễ và thời gian đáp ứng... Do còn nhiều giới hạn về tài

nguyên nên các giao thức định tuyến trong mạng MANET cần phải đảm bảo việc sử

dụng hiệu quả các tài nguyên hạn chế này. Chúng tôi sử dụng các độ đo sau để đánh

giá hiệu suất hoạt động của các giao thức định tuyến khi các nút mạng thay đổi về

hướng và tốc độ di chuyển:

Tỷ lệ phân phát gói tin thành công: Là tỷ lệ giữa số gói tin được phân phát

thành công tới đích so với số gói tin được gửi đi nguồn phát.

Thời gian phản ứng của các giao thức định tuyến: Là thời gian tính từ thời điểm

nút nguồn có nhu cầu truyền tới khi bắt đầu truyền dữ liệu.

Thông lượng: Là tổng dung lượng dữ liệu truyền đến đích thành công trong 1

đơn vị thời gian (Kbps,…).

4.1.2. Cách thức phân tích kết quả mô phỏng của NS-2

4.1.2.1. Cấu trúc tệp vết

Tệp vết là file dạng văn bản (text), mỗi dòng như một bản ghi (record), có cấu

trúc như nhau, bao gồm một số trường phân cách nhau bởi ký tự trống (mã ASCII

bằng 32). Cấu trúc một dòng của tệp vết thường có dạng:

r 160.093884945 _6_ RTR --- 5 tcp 1492 [a2 4 6 800] ------- [36:0 16777984:0 31

16777984] [1 0] 2 0

Tên các trường của một dòng tệp vết trên là: Event, Time, Node ID, Trace Name,

Reason, Event Identifier, Packet Type, Packet Size, [Time To Send Data, Destination



MAC Address, Source MAC Address, Type (ARP, IP)]. Ý nghĩa của các trường được

giải thích tại bảng 4.

Bảng 3: Cấu trúc tệp vết

Event Type Value Ý Nghĩa

Wireless

Event

s: Send

r: Receive

d: Drop

f: Forward

%.9f %d (%6.2f %6.2f) %3s %4s %d %s %d [%x %x %x %x]%.9f _%d_ %3s %4s %d %s %d [%x %x %x %x]

double Time Thời gian

int Node ID Chỉ số của nút

double X Coordinate Tọa độ trục x – Chỉ lưu lại nếu được log

lại vị trí

double Y CoordinateTọa độ trục y – Chỉ lưu lại nếu được log

lại vị trí

string Trace Name Tên vết như: RTR, AGT,..

string Reason Lý do tạo ra sự kiện

int Event Identifier Số thứ tự gói tin

string Packet Type Kiểu gói tin: TCP, UDP, ACK

int Packet Size Kích thước gói tin

hexadecimal Time To Send DataThời gian trông đợi gói tin được gửi

xuống kênh truyền

hexadecimalDestination MAC Address Địa chỉ MAC của nút đích

hexadecimalSource MAC Address Địa chỉ MAC của nút nguồn

hexadecimal Type (ARP, IP)Kiểu của trường MAC

VD: 800 ETHERTYPE_IP

Phụ thuộc vào kiểu của gói tin mà cấu trúc tệp vết còn có thêm một số trường

sau: ------- [Source IP Address: Source Port Number, Destination IP Address:



Destination Port Number, TTL Value, Next Hop Address, If Any], [Sequence Number,

Acknowledgment Number], Number Of Times Packet Was Forwarded, Optimal

Number Of Forwards. Ý nghĩa của các trường này được giải thích tại bảng 5 bên dưới.

Bảng 4: Các trường thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin


IP Trace ------- [%d:%d %d:%d %d %d]

int Source IP Address Địa chỉ IP nguồn

int Source Port Number Chỉ số cổng nguồn

int Destination IP Address Địa chỉ IP đích

int Destination Port Number Chỉ số cổng đích

int TTL ValueTime To Live: Thời gian tồn tại

của gói tin

int Next Hop Address, If AnyĐịa chỉ của nút kế tiếp gói tin sẽ

chuyể tiếp tới.

TCP

Trace

[%d %d] %d %d

int Sequence Number Số thứ tự

int Acknowledgment Number Số thứ tự của gói biên nhận

intNumber Of Times Packet Was Forwarded Số lần gói tin được chuyển tiếp

intOptimal Number Of Forwards Số chuyển tiếp tối ưu

CBR

Trace

[%d] %d %d

int Sequence Number Số thứ tự

intNumber Of Times Packet Was Forwarded Số lần gói tin được chuyển tiếp

intOptimal Number Of Forwards Số chuyển tiếp tối ưu

Chi tiết các trường phụ thêm vào của các kiểu gói tin khác được nêu trong phần PHỤ LỤC.



4.1.2. Công cụ để phân tích và biểu diễn kết quả mô phỏng

4.1.2.1. Perl

Ban đầu, Perl (Practical Extraction and Report Language) là một ngôn ngữ lập

trình được phát triển cho thao tác văn bản, sau này được phát triển để sử dụng cho một

loạt các ứng dụng khác như: quản trị hệ thống, phát triển web, lập trình mạng, giao

diện phát triển,…Ưu điểm vượt trội của Perl là nhỏ gọn, dễ sử dụng, hỗ trợ cả lập trình

hướng đối tượng (OOP), được xây dựng hỗ trợ xử lý văn bản.

Sử dụng Perl

Để chạy Perl trên Linux, ta dùng lệnh sau:

perl progName.pl

Viết Script bằng perl, đặt dòng sau lên trên đầu trong Script

#!/usr/bin/perl

Sau đó chạy lệnh:

/duongdan/script.pl

ví dụ : chmod 755 script.pl

/duongdan/script.pl

Cú pháp cơ bản của Perl:

Một đoạn code Perl script hay một chương trình đều bao gồm nhiều các

statements. Các statements này chỉ đơn giản được viết bằng các kiểu cách đơn giản

trong script. Không nhất thiết phải có main() hoặc tương tự.

perl statements kết bằng dấu “ ; “

Ví dụ: print”Hello, I’m Tu”;

Sử dụng “#” để Comments trong Perl, ví dụ :

# Comment ở đây

4.1.2.2. GNUPLOT

Gnuplot là một công cụ vẽ đồ thị gọn nhẹ và rất hữu dụng trên Linux. Gnuplot tỏ

ra khó dùng lúc ban đầu, tuy nhiên, nếu nắm được các cú pháp cơ bản của nó, chúng ta



sẽ thấy đây là một công cụ mạnh mẽ và đầy hiệu quả. Với chức năng tạo script để vẽ,

việc tạo hoặc sửa đổi một đồ thị trở nên rất dễ dàng.

Gnuplot có thể nhận vào tệp văn bản (input file) có nhiều cột, lúc ấy cần chỉ ra

hai cột cụ thể để lấy dữ liệu vẽ đồ thị. Gnuplot còn có thể nhận vào từ nhiều file và vẽ

trên cùng một đồ thị, điều này rất thuận lợi cho việc so sánh và nghiên cứu.

Ví dụ: File đầu vào là: Time_of_connection_setup.data

STT DSDV AODV DSR

0 0,0045 0,6204 0,03335 1,1788 1,6365 1,479210 5,4950 1,4021 3,830315 5,0125 2,3528 3,479320 6,9357 1,4003 0,5594

Thiết lập định dạng cho bản vẽ và thực hiện vẽ đồ thị:


#plot.script

set title "Thoi gian thiet lap ket noi" set xlabel "Van Toc (m/s)"set ylabel "Thoi gian (s)"set key right top set pointsize 1 set xr [0:20]set yr [0:8]set size 0.8,0.8

set terminal postscript eps enhanced mono dashed lw 1set output " Time_of_connection_setup.eps"plot "connection_time_RandomWaypoint" using 1:2 title 'DSDV' with linespoints lt 1 pt 6 lw 1, \ "connection_time_RandomWaypoint" using 1:3 title 'AODV' with linespoints lt 2 pt 12 lw 1, \ "connection_time_RandomWaypoint" using 1:4 title 'DSR' with linespoints lt -1 pt 3 lw 1


4.2. Thiết lập mạng mô phỏng MANET

Tôi đã xây dựng chương trình mô phỏng, có sử dụng đoạn mã ví dụ về mô phỏng

mạng ad-hoc với giao thức DSDV trong cuốn "NS Simulator for beginners" [1] của tác

giả Eitan Altman và Tania Jimenez. Chương trình mô phỏng của tôi có tên là:

MANET_Simulation.tcl, được in trong mục 2.Mô phỏng mạng MANET của phần Phụ

Lục. Chương trình này sau khi chạy sẽ sinh ra các tệp vết là :MANET.nam và

MANET.tr. Chúng sẽ được dùng làm input cho chương trình NAM để trực quan hóa

toàn bộ quá trình mô phỏng bằng đồ họa; làm input cho đoạn mã perl do tôi xây dựng

để tính: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công, thời gian phản ứng của các giao thức định

tuyến, thông lượng; và kết xuất ra các tệp dùng cho gnuplot vẽ đồ thị.

4.2.1. Thiết lập tô-pô mạng

Sau nhiều khảo sát đánh giá, chúng tôi lựa chọn khu vực mô phỏng mạng

MANET theo hình vuông với diện tích là 1500m x 1500m (1,5Km x 1,5Km). Việc mở

rộng diện tích khu vực mô phỏng này sẽ đảm bảo cho các nút mạng di động có đủ

không gian chuyển động với quãng đường đi lớn nhất lên tới 1,5x√2 = 2,12Km . Theo

chuẩn 802.11 thì vùng thu phát sóng của nút di động tối đa là 250m nên ta có độ dài

đường đi lớn nhất trong mạng mô phỏng lớn hơn 8 chặng dài nhất có thể có. Điều này

rất hữu ích trong trường hợp nghiên cứu quá trình định tuyến giữa các nút ở xa nhau.

Mạng mô phỏng bao gồm 50 nút di động phân bố ngẫu nhiên trong diện tích mô

phỏng với tọa độ các nút là (x, y, z) trong đó z = 0 (Mặt phẳng).

Hình 13: Diện tích mạng mô phỏng và các nút mạng



Vị trí ban đầu của các nút được khởi tạo ngẫu nhiên như vậy nhằm làm tăng tính

khách quan trong quá trình mô phỏng.

Tổng quan về mạng mô phỏng với các tham số cấu hình chung, cấu hình di chuyển và cấu hình truyền dữ liệu được thể hiện trong bảng 5.

Bảng 5: Cấu hình mạng mô phỏng

Thông số Giá trị

Cấu hình chung

Khu vực địa lý 1,5Km x 1,5Km

Tổng số nút 50 nút

Vùng thu phát sóng 250m

Cấu hình di chuyển

Tốc độ di chuyển nhanh nhất 20 m/s 72 km/h

Tốc độ di chuyển chậm nhất 0 m/s Đứng yên

Cấu hình truyền dữ liệu

Dạng truyền thông TCP

Số nguồn phát10 nguồn, nằm trên 8 nút mạng: 4, 5,

7, 12, 15, 16, 18, 19

Thực thể nhận 8 nút mạng: 5, 6, 8, 13, 16, 17, 19, 20

Kích thước gói tin 512 bytes

Kiểu – Kích thước hàng đợi DropTail - 50

4.2.2. Thiết lập mô hình chuyển động của các nút mạng và thời gian mô phỏng

Trong mô phỏng mạng Ad-hoc các mô hình di chuyển đóng một vai trò rất quan

trọng. Nó thể hiện chính xác các ngữ cảnh có thể của mạng và góp phần quyết định

tính đúng đắn của việc đánh giá hiệu suất của các giao thức định tuyến trước khi mang



ra triển khai thực tế. Trên thực tế có hai loại mô hình di chuyển được sử dụng cho

mạng không dây là mô hình vết (trace-based model) và mô hình tổng hợp (synthetic

model). Mô hình vết cung cấp cho ta thông tin chính xác, đặc biệt là khi nó có liên

quan tới nhiều bên tham gia va có thời gian đủ dài. Tuy nhiên, mô hình tổng hợp là

phù hợp hơn đối với mạng di động ngày nay. Mô hình tổng hợp cố gắng thể hiện hành

vi của các nút di động bằng cách thống kê. Mỗi nút sẽ được gán một giải thuật nhằm

ngẫu nhiên hóa quá trình di chuyển. Hai mô hình tiêu biểu mô phỏng các mạng Ad-

hoc là: Random Waypoint và Random Walk.

4.2.2.1. Mô hình Random Waypoint

Tại mô hình này, ban đầu mỗi nút có một vị trí ngẫu nhiên trong khu vực mô

phỏng và ở tại đó một khoảng thời gian tạm dừng. Khi hết quãng thời gian tạm dừng,

nút chọn cho mình một đích ngẫu nhiên trong khu vực mô phỏng và chuyển động với

tốc độ phân bố đồng đều giữa [speedmin, speedmax]. Khi tới vị trí mới nút dừng một

khoảng thời gian trong khoảng [Pmin, Pmax] và sau đó tiếp tục lại quá trình.

Hình 14: Di chuyển một nút theo mô hình Random Waypoint.

Đây là mô hình có tính linh động cao nên được sử dụng phổ biến và rộng rãi

nhất. Mô hình Random Waypoint có biến thể khác với một vài thay đổi khác biệt là mô

hình Random Walk.



4.2.2.2. Mô hình Random Walk

Mô hình này mô phỏng chuyển động ngẫu nhiên của các thực thể trong cuộc

sống tự nhiên. Nút di động di chuyển từ vị trí hiện tại tới vị trí mới bằng việc chọn

ngẫu nhiên một hướng nằm trong khoảng [0, 180°] và tốc độ nằm trong khoảng

[speedmin, speedmax]. Mỗi chuyển động diễn ra trong khoảng thời gian travel_time (thời

gian di chuyển của nút trước khi thay đổi hướng và tốc độ) hoặc trong một khoảng

cách hằng số và đặc biệt là không có thời gian tạm dừng trước khi nút mạng thay đổi

hướng và tốc độ. Hình 15 thể hiện trực quan hóa quá trình di chuyển của tám nút mạng

theo mô hinh Random Walk.

Hình 15: Di chuyển của 8 nút theo mô hình Random Walk

Với mô hình chuyển động này thì tham số về sự thay đổi hướng di chuyển của

nút có tính chất quyết định đến mức độ thay đổi của mạng. Nếu tham số này nhỏ, các

nút di chuyển ngẫu nhiên trong phạm vi nhỏ, lúc này mạng được coi là mạng nửa tĩnh.

Ngược lại nếu tham số này lớn, mạng thay đổi trên phạm vi rộng hơn.



4.2.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng

Chúng tôi lựa chọn 10 cặp truyền thông (sender, receiver) truyền phát dữ liệu.

Chúng được sắp xếp phân bố hợp lý trên khu vực mô phỏng sao cho đảm bảo có đủ

các chặng truyền phát với độ dài khác nhau, từ các cặp truyền thông nằm gần nhau

nhất tới các cặp truyền thông nằm xa nhau nhất có thể trong khu vực mô phỏng , các

nút mạng còn lại tham gia vào quá trình định tuyến với vai trò là nút trung gian chuyển

tiếp gói tin.

Giao thức TCP được chúng tôi lựa chọn để đưa vào mô phỏng bởi trong các ứng

dụng trên thực tế hầu hết đều hoạt động dựa trên giao thức này. Các nguồn phát sinh

lưu lượng sử dụng giao thức FTP để truyền.

NS-2 hỗ trợ một số công cụ để tạo ra các file ngữ cảnh một cách tự động và ngẫu

nhiên. Các công cụ này nằm trong thư mục: …/ns-2/indep-utils/cmu-scen-gen/, với các

tính năng sau:

• setdest: Là công cụ viết trên nền C++, giúp cho người nghiên cứu tạo ra các

kịch bản bao gồm vị trí ban đầu của nút di động và sự di chuyển của chúng. Trong

công cụ này, chúng ta coi tọa độ z của các nút đều bằng 0 và các nút di chuyển trên

cùng một mặt phẳng. Thực hiện setdest bằng cách gõ lệnh như sau:

./setdest -n <num of nodes> -p <pausetime> -s <maxspeed> -t <simtime> -x

<maxx> -y <maxy> > <outdir>/<scenario-file>

• cbrgen.tcl: Là công cụ viết bằng ngôn ngữ tcl, sử dụng thông qua bộ thông

dịch ns-2, giúp người nghiên cứu có thể tạo ra các kịch bản truyền thông trên nền giao

thức giao vận TCP. Câu lệnh:

ns cbrgen.tcl [-type cbr|tcp] [-nn nodes] [-seed seed] [-mc connections]

[-rate rate] > <outdir>/<scenario-file>

Sử dụng các công cụ này giúp người nghiên cứu tạo ra các kịch bản truyền thông

cũng như di chuyển của mạng với số lượng các nút di động là tương đối lớn. Tuy

nhiên việc tạo ra các kịch bản này là ngẫu nhiên, có thể không theo ý muốn của người

nghiên cứu, nên trong nhiều trường hợp người nghiên cứu phải tự viết ra các kịch bản

truyền thông có ý nghĩa mô phỏng điển hình.



4.2.4. Lựa chọn thời gian mô phỏng

Quá trình mô phỏng diễn ra trong thời gian t = 600s = 10 phút. Đây là khoảng

thời gian vừa đủ để chúng ta nghiên cứu các sự kiện xảy ra trong mạng. Thật vậy do

các nút mạng di chuyển với vận tốc từ [0m/s – 20m/s] nên ta giả sử nút di chuyển với

tốc độ gần như là thấp nhất ứng với người đi bộ là 1m/s thì quãng đường đi được sau

600s cũng lên tới 600m.

S = v.t = 1 x 600 = 600m

Với thời gian như vậy đủ để nút chậm nhất di chuyển ra ngoài vùng thu phát

sóng của nút khác (radio range = 250m) và làm cho tô-pô mạng thay đổi. Quá trình đó

cũng thể hiện rõ các tính chất đặc trưng của các mô hình chuyển động khác nhau:

Random Waypoint: Mô hình này tuy các nút có thêm các khoảng thời gian tạm

dừng trước khi thay đổi hướng và tốc độ chuyển động nhưng thời gian tạm

dừng này là rất nhỏ so với thời tổng toàn bộ thời gian mô phỏng. Do đó với

600s các nút mạng vẫn đủ thời gian để đạt đưỡng quãng đường di chuyển cần

thiết tạo ra các thay đổi khác nhau đối với tô-pô mạng.

Random Walk: Mô hình này các nút di chuyển liên tục, không có thời gian tạm

dừng nên đương nhiên với thời gian mô phỏng 600s là đủ để đánh giá các giao

thức định tuyến khi tô-pô mạng thay đổi liên tục.

4.3. Thực hiện mô phỏng các giao thức định tuyến

4.3.1. Phân tích kết quả bằng công cụ perl

Tôi đã xây dựng các chương trình perl để đánh giá các tham số hiệu năng sẽ được

trình bày tại mục 4.3.1 này. Tên các chương trình đó là:

Pkt_success_rate. pl: Dùng để tính ra tỷ lệ phân phát gói tin thành công,

chính là tỷ lệ giữa số các gói tin được phân phát thành công tới đích so với số

các gói tin tạo ra bởi nguồn phát.

Time_of_connection_setup.pl: Dùng để tính thời gian phản ứng của các giao

thức định tuyến từ thời điểm nút nguồn có nhu cầu truyền đến khi bắt đầu

truyền dữ liệu.



4.3.1.1. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công

Mô phỏng mạng gồm 50 nút di động với 10 nguồn sinh lưu lượng kết nối.

a. Mô hình Random Waypoint

Bảng 6: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint

DSDV AODV DSR

0m/s

Gói tin truyền thành công 2768 50802 49802

Tổng số gói tin gửi đi 2813 50925 49943

Tỷ lệ % 98,40 99,75 99,72

5m/s



Tỷ lệ % 98,96 98,13 99,34

10m/s



Tỷ lệ % 99,46 98,95 99,69

15m/s



Tỷ lệ % 99,03 98,29 99,19

20m/s



Tỷ lệ % 98,69 97,95 99,28



b. Mô hình Random Walk

Bảng 7: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Walk

DSDV AODV DSR

0m/s



Tỷ lệ % 99,84 99,82 99,82

5m/s



Tỷ lệ % 99,17 97,28 99,47

10m/s



Tỷ lệ % 99,32 98,45 99,32

15m/s



Tỷ lệ % 98,67 97,78 99,02

20m/s



Tỷ lệ % 98,56 97,52 99,07



4.3.1.2. Thời gian thiết lập kết nối


Bảng 8: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Waypoint

Tốc độ

Giao thức0m/s 5m/s 10m/s 15m/s 20m/s

DSDV (s) 0,0045 1,1788 5,4950 5,0125 6,9357

AODV (s) 0,6204 1,6365 1,4021 2,3528 1,4003

DSR (s) 0,0333 1,4792 3,8303 3,4793 0,5594


Bảng 9: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Walk

Tốc độ


DSDV (s) 0,0039 0,7459 0,2433 0,0721 0,0514

AODV (s) 0,0077 3,2728 1,8551 6,0929 0,9361

DSR (s) 0,0179 5,1817 3,0653 2,5129 1,7436



4.3.2. Sử dụng gnuplot để vẽ đồ thị

Tôi đã sử dụng gnuplot với input là các file sau:

Time_of_connection_setup_randomWaypoint

Time_of_connecion_setup_randomWalk

Thực hiện các theo tác trong chế độ tương tác của gnuplot để vẽ các đồ thị trong

mục 4.3.2.2: Thời gia thiết lập kết nối.

4.3.2.1. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công


Bảng 10: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint

Tốc độ


DSDV (%) 98,40 98,96 99,46 99,03 98,69

AODV (%) 99,75 98,13 98,95 98,29 97,95

DSR (%) 99,72 99,34 99,69 99,19 99,28

Hình 16: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói thành công – Random Waypoint


Kết quả phân phát gói tin dữ liệu

Ph

ần t

răm

gói

tin

tru

yền

th

ành

cô

ng

(%)

Vận Tốc



Bảng 11: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk

Tốc độ


DSDV (%) 99,84 99,17 99,32 98,67 98,56

AODV (%) 99,82 97,28 98,45 97,78 97,52

DSR (%) 99,82 99,47 99,32 99,02 99,07

Hình 17: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk


Kết quả phân phát gói tin dữ liệu

Ph

ần t

răm

gói

tin

tru

yền

th

ành

cô

ng

(%)

Vận Tốc


4.3.2.2. Thời gian thiết lập kết nối

a. Random Waypoint

Hình 18: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Waypoint


Hình 19: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Walk



4.4. Đánh giá ảnh hưởng của sự chuyển động của nút mạng đến hiệu suất

của các giao thức định tuyến

Thông qua tập các cấu hình mạng mô phỏng được xây dựng ở trên, chúng tôi tiến

hành mô phỏng, phân tích, khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút đến hiệu

suất của ba giao thức định tuyến điển hình trong mạng MANET là: DSDV, AODV và

DSR. Các kết quả so sánh được bao gồm: kết quả về tỷ lệ phân phát gói tin thành công

và thời gian phản ứng của các giao thức định tuyến (Thời gian thiết lập kết nối).

Hình 16 thể hiện tỷ lệ phân phát gói tin thành công trong mô hình Random

Waypoint với 10 nguồn phát. Các giao thức cho kết quả làm việc khá tốt với tỷ lệ đạt

trên 97%, tỷ lệ mất gói tin là rất ít chỉ chiếm khoảng từ 1-3%. Đi vào xem xét sâu hơn

nữa chúng ta thấy ngay hoạt động tốt nhất là giao thức DSR gần như các gói tin truyền

đi đều tới đích, tỷ lệ rớt gói luôn dưới 1%. Giao thức AODV thể hiện ưu điểm của

mình khi tô-pô mạng cố định không có thay đổi nào, nó cho phép truyền dữ liệu khá

tin cậy với tỷ lệ gói tin truyền thành công là 99,75% nhưng khi các nút mạng thay đổi

tốc độ di chuyển thì hiệu quả của nó lại bị giảm đi nhiều hơn so với các giao thức còn

lại. Nhìn chung cả ba giao thức hoạt động khá tốt, tỷ lệ rớt gói là rất nhỏ và chỉ bị giảm

đôi chút khi các nút thay đổi tốc độ chuyển động làm cho tô-pô mạng thay đổi.

Với mô hinh Radom Walk, tỷ lệ phân phát gói tin thành công được thể hiện trong

hình 18. Các giao thức cũng có tỷ lệ phân phát gói tin thành công là rất cao như trong

mô hình Radom Waypoint. Hoạt động hiệu quả nhất vẫn là DSR với việc thích nghi

tốt với sự thay đổi của mạng khi các nút di chuyển liên tục theo các vẫn tốc khác nhau.

Hình 19 thể hiện thời gian thiết lập kết nối trong mạng hoạt động theo mô hình

Random Waypoint. Đây là khoảng thời gian được tính từ khi nút nguồn có yêu cầu

truyền dữ liễu đến khi bắt đầu truyền. Thời điểm này chính là lúc nút thực hiện quá

trình bắt tay ba bước thiết lập kết nối. Tùy vào từng loại giao thức và trạng thái của tô-

pô mạng hiện tại mà quá trình thiết lập kết nói này có thể diễn ra thành công hoặc thất

bại, lúc đó các nút nguồn sẽ phải truyền lại gói tin. Từ hình vẽ chúng ta có thể thấy ban

đầu khi mạng ít thay đổi, các nút chuyển động rất chậm với tốc độ dưới 5m/s thì

khoảng thời gian cần thiết để thiết lập kết nối của cả ba giao thức là như nhau. Nhưng

khi các nút mạng chuyển động nhanh hơn với vận tốc từ 5m/s tới 10m/s thì lúc này có

sự phân hóa rõ rệt giữa các giao thức định tuyến. Giao thức chủ ứng DSDV cần tới

nhiều thời gian nhất để thiết lập kết nối, thời gian hội tụ rất chậm, có thời điểm phải

mất tới 5,49s mới thiết lập xong được kết nối truyền thông. Bên cạnh đó thì giao thức



DSR cần tới hơn 3s cho việc kết nối và giao thức có thời gian kết nối nhanh nhất là

AODV với thời gian tối đa cho việc thiết lập kết nối là 1,4s. Một điều khá đặc biệt mà

đồ thị 19 cho chúng ta thấy đó là khi các nút mạng tăng vận tốc di chuyển lên trong

khoảng từ 10m/s đến 15m/s thì thời gian thiết lập kết nối của hai giao thức DSDV và

DSR là giữ nguyên không không có sự tăng đột biến trừ giao thức AODV có mất thời

gian kết nối lâu hơn một chút.

Hình 20 thể hiện đồ thị về thời gian thiết lập kết nối với mô hình Random Walk.

Với mô hình di chuyển này các nút mạng chuyển động liên tục không có quãng thời

gian nghỉ với việc chọn ngẫu nhiên hướng đi và tốc độ chuyển động. Trái với mô hình

chuyển động Radom Waypoint, trong mô hình này giao thức DSDV lại thể hiện được

ưu điểm vượt trội của mình, cho phép kết nối nhanh chóng với thời gian luôn dưới 1s

cho dù tô-pô mạng có thay đổi nhanh hơn đi chăng nữa, giao thức vẫn cho khả năng

kết nối nhanh chóng. Khi các nút mạng chuyển động nhanh hơn dẫn tới tô-pô mạng

cũng thay đổi một cách liên tục thì hai giao thức còn lại: DSR và AODV phải cần tới

một khoảng thời gian từ 3 đến 5s cho việc thiết lập kết nối. Các nút mạng chuyển động

càng nhanh thì càng cần nhiều thời gian để thiết lập kết nối hơn do tô-pô mạng thay

đổi liên tục, các nút phải mất thêm một khoảng thời gian cần thiết để học hỏi về mạng

mới.



KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1. Các kết quả của khóa luận

Khóa luận đã trình bày các kết quả khảo sát đánh giá về ảnh hưởng của sự

chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong

MANET. Khóa luận đã nghiên cứu một cách chi tiết về môi trường mạng, các giao

thức định tuyến, các mô hình chuyển động đặc trưng và quan trọng hơn nữa chúng tôi

đã thực nghiệm được một số thí nghiệm bằng mộ phỏng nhằm tìm ra cơ sở khách

quan, thực tế, kết hợp với cơ sở lý thuyết để tìm ra các đặc điểm khác nhau của từng

giao thức chịu ảnh hưởng thế nào khi các nút mạng di chuyển với tốc độ và hướng đi

khác nhau.

Cụ thể chúng tôi đã xem xét chi tiết hoạt động của ba giao thức định tuyến điển

hình là: DSDV, AODV và DSR. Các giao thức này có các giải thuật định tuyến khác

nhau: DSDV là giao thức chủ ứng dựa trên thuật toán vector khoảng cách; AODV là

giao thức phản ứng dựa trên bảng vector khoảng cách; DSR là giao thức phản ứng dựa

trên giải thuật chuyển tiếp đa điểm (Multi-Point Relay MPR). Kết quả mô phỏng cho

thấy các kết luận như sau:

- DSDV cho kết quả làm việc tốt khi mạng có tốc độ thay đổi cấu hình thấp. Tuy

nhiên giao thức DSDV hội tụ chậm và hiệu suất giảm khi mạng có nhiều thay đổi.

- AODV cho kết quả hoạt động tốt trong trường hợp mạng có các thay đổi cấu

hình và tải mạng khác nhau.

- DSR có khả năng phân phát gói tin tốt song thời gian thiết lập kết nối vẫn còn

chậm nhất là khi các nút di chuyển nhanh, tô-pô mạng thay đổi liên tục.

2. Hướng phát triển của đề tài

Do hạn chế về mặt thời gian nên khóa luận chỉ tập trung nghiên cứu kỹ ba giao

thức định tuyến điển hình: DSDV, AODV và DSR. Trong thời gian tới chúng tôi sẽ

tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cả hai giao thức còn lại là OLSR và TORA. Thêm vào

đó vẫn còn một số vấn đề khác của các giao thức cần được xem xét như:



Vấn đề năng lượng

Chất lượng dịch vụ

Vấn đề bảo mật,…



TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Nguyễn Hoàng Cẩm, Trịnh Quang. Các giải pháp định tuyến tối ưu trong mạng di

động không dây tuỳ biến. Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông. Tháng 3 năm 2006

[2] Hoàng Trọng Minh. Định tuyến trong mạng kết nối hình lưới WLAN. Tạp chí Bưu

Chính Viễn Thông. Tháng 10 năm 2008.

[3] Nguyễn Thị Minh Nguyệt. Đánh giá hiệu suất bằng mô phỏng các thuật toán định

tuyến trong mạng đặc biệt di động MANET. Luận văn cao học. Hà Nội, 2005.

[4] Hà Minh Toản. Nguyên cứu một số giao thức truy cập môi trường truyền trong

mạng LAN 802.11. Khóa luận tốt nghiệp. Hà Nội, 2005.

[5] Nguyễn Đình Việt. Đánh giá hiệu năng mạng máy tính. Hà Nội, 2008.

Tiếng Anh

[1] Eitan Altman, Tania Jimenez. NS Simulator for beginners. Univ. de Los Andes,

Mérida, Venezuela and ESSI, Sophia-Antipolis, France. December 4, 2003.

[2] Humayun Bakht. The future of mobile ad-hoc networks. Computing Unplugged

Magazine. October 2010.

[3] Jae Chung and Mark Claypool. NS by Example. WPI worcester polytechnic

institute Computer Science.

[4] Kevin Fall, Kannan Varadhan. The NS manual. VINT Project. April 14, 2002.

[5] Marc Greis.Tutorial for the network simulator “NS”. VINT Group

http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/

[6] Bernd Gloss, Michael Scharf, Daniel Neubauer. A more realistic random direction

mobility model. University of Stuttgart. October 2005.

[7] David B. Johnson, David A. Maltz, Yih-Chun Hu. (2003), “The Dynamic Source

Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks (DSR)”, Published by IETF as RFC,

work in progress, April 2003.



[8] T. Clausen, Ed., P. Jacquet, Ed. (2003), “Optimized Link State Routing Protocol

(OLSR)”, RFC 3626, IETF Network Working Group

[9] Todd Lammle. CCNA study guide 4th edition. SYBEX 2004.

[10] The SECAN-Lab of the University of Luxembourg.

http://wiki.uni.lu/secan-lab/Ad-Hoc+Protocols.html

[11] V. Park and M. Corson (2001), “Temporally-Ordered Routing Algorithm

(TORA)”, IETF Internet Draft, work in progress, 20 July 2001

[12] C. Perkins, E. Belding-Royer, S. Das. (2003), Ad hoc On-Demand Distance

Vector (AODV) Routing, IETF Mobile Ad Hoc Network Working Group, Internet

Draft, work in progress, 19 October 2003.

[13] Charles E. Perkins, Pravin Bhagwat. (1994), “Highly dynamic Destination-

Sequenced Distance Vector routing (DSDV) for mobile computers”, ACM

SIGCOMM Computer Comm. Rev., 4(24), pp. 234-244, 1994.

[14] Jochen H. Schiller. Mobile Communications, Addison-Wesley, 2nd edition, 2003

[15] Karthik Sadasivam. Tutorial for Simulation-based Performance Analysis of

MANET Routing Protocols in ns-2. Page 4 – 9

[16] History of wireless. http://wirelesshistory.org

[17] Thomas Williams & Colin Keylley. Gnuplot 4.4 - An Interactive Plotting

Program. March 2010.

[18] Wikipedia. http://wikipedia.org



PHỤ LỤC

1. Bảng các trường phụ thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin


ARP

Trace

------- [%s %d/%d %d/%d]

string Request or Reply Gói tin yêu cầu hoặc Trả lời

int Source MAC Address Địa chỉ MAC nguồn

int Source Address Địa chỉ nguồn

int Destination MAC Address Địa chỉ MAC đích

int Destination Address Địa chỉ đích

DSR

Trace

%d [%d %d] [%d %d %d %d->%d] [%d %d %d %d->%d]

intNumber Of Nodes Traversed Số nút đã đi qua.

int Routing Request Flag Cờ yêu cầu định tuyến

intRoute Request Sequence Number Số thứ tự yêu cầu tuyến đường

int Routing Reply Flag Cờ trả lời định tuyến

intRoute Request Sequence Number Số thứ tự yêu cầu tuyến đường

int Reply Length Chiều dài gói tin trả lời

int Source Of Source Routing Định tuyến nguồn của nút nguồn

intDestination Of Source Routing Định tuyến nguồn của nút đích

int Error Report Flag (?) Cờ báo lỗi

int Number Of ErrorsSố lượng lỗi



int Report To Whom Báo cáo tới nút nào

int Link Error From Liên kết lỗi từ đâu tới

int Link Error To Liên kết lỗi đi tới đâu

AODV

Trace

[0x%x %d %d [%d %d] [%d %d]] (REQUEST)

hexadecimal Type Kiểu

int Hop Count Số Hop tính được

int Broadcast ID ID quảng bá

int Destination Đích

intDestination Sequence Number Số thứ tự nút đích

int Source Nguồn

int Source Sequence Number Số thứ tự nút nguồn

[0x%x %d [%d %d] %f] (%s)


int Hop Count Số Hop tính được


intDestination Sequence Number Số thứ tự nút đích

double Lifetime Thời gian sống

stringOperation (REPLY, ERROR, HELLO)

Hoạt động: Trả lời, Lỗi hay gói

tin Hello

TORA

Trace

[0x%x %d] (QUERY)



0x%x %d (%f %d %d %d %d) (UPDATE)





double Tau

int Oid

int R

int Delta

int ID Chỉ số

[0x%x %d %f %d] (CLEAR)



double Tau

int Oid

IMEP

Trace

[%c %c %c 0x%04x]

char Acknowledgment Flag Cờ biên nhận

char Hello Flag Cờ Hello

char Object Flag Cờ đối tượng

hexadecimal Length Chiều dài

RCA

Trace

(from

MIT

Leach

code)

------- [%c %d %d %d]

char Operation (A, R, D)

int RCA Source

int RCA Link Destination

int RCA MAC Destination



2. Mô phỏng mạng MANET

# MANET_Simulation.## Define options_set val(chan) Channel/WirelessChannelset val(prop) Propagation/TwoRayGroundset val(netif)Phy/WirelessPhyset val(mac) Mac/802_11set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueueset val(ll) LLset val(ant) Antenna/OmniAntennaset val(ifqlen) 50set val(seed) 0.0set val(nn) 50set val(rp) DSDVset val(x) 1500set val(y) 1500set val(cp) "…/tcp-50-2-10"set val(sc) "…/scenario-50-30-10-600-1500-1500"set val(stop) 600 ;# time of simulation end

set ns_ [new Simulator]set namtrace [open MANET.nam w]set tracefd [open MANET.tr w]

$ns_ trace-all $tracefd$ns_ namtrace-all-wireless $namtrace $val(x) $val(y)

#Set up topography objectset topo [new Topography]

$topo load_flatgrid $val(x) $val(y)

## Create God#set god_ [create-god $val(nn)]

#-------------------------------------------------------#Create nn mobilenodes and attach them to channel

#Configure the nodes$ns_ node-config -adhocRouting $val(rp) \

-llType $val(ll) \-macType $val(mac) \-ifqType $val(ifq) \-ifqLen $val(ifqlen) \-antType $val(ant) \-propType $val(prop) \-phyType $val(netif) \-channelType $val(chan) \-topoInstance $topo \-agentTrace ON \-routerTrace ON \



-macTrace OFF \-movementTrace ON

for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } {set node_($i) [$ns_ node]$node_($i) random-motion 0

}

# # Define node movement model#puts "Loading connection pattern..."source $val(cp)

# # Define traffic model#puts "Loading scenario file..."source $val(sc)

# Define node initial position in namfor {set i 0} {$i < $val(nn)} {incr i} {

#30 defines the node size for nam$ns_ initial_node_pos $node_($i) 30

}

# Telling nodes when the simulation endsfor {set i 0} {$i < $val(nn)} {incr i} {

$ns_ at $val(stop) "$node_($i) reset";}

$ns_ at $val(stop).0002 "puts \"ns_ EXITING...\" ; $ns_ halt"

puts $tracefd "M 0.0 nn $val(nn) x $val(x) y $val(y) rp $val(rp)"puts $tracefd "M 0.0 sc $val(sc) cp $val(cp) seed $val(seed)"puts $tracefd "M 0.0 prop $val(prop) ant $val(ant)"

#ending nam and the simulation$ns_ at $val(stop) "$ns_ nam-end-wireless $val(stop)"$ns_ at $val(stop) "stop"

proc stop {} {global ns_ tracefd namtrace$ns_ flush-traceclose $tracefdclose $namtrace

}

puts "Starting Simulation..."$ns_ run



3. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công

#!/usr/bin/perl# # Phạm Văn Tứ - K51MMT-UET-VNU.# GVHD: PGS.TS. Nguyễn Đình Việt.# GVĐHD: Ths. Đoàn Minh Phương.## Tỷ lệ phân phát gói tin thành công (Hiệu suất đường truyền)#----------------------------------------------------># Là tỷ lệ giữa số các gói tin được phân phát thành công tới đích# so với số các gói tin tạo ra bởi nguồn phát.## Tư tưởng giải thuật:# - Ta dựa vào dấu hiệu trường: Trace level = AGT. Chỉ những gói tin gửi nhận của nút nguồn hoặc nút đích# thì trường Trace level mới được gán nhãn AGT (gói tin tầng giao vận).Các nút trung gian khác thực hiện# việc định tuyến, chuyển tiếp gói tin, hoạt động tại tầng Network nên Trace Level = RTR.# # - Do đó ta chỉ cần tính:# + Tổng số gói tin các nút nguồn đã gửi (src_sent)# + Tổng số gói tin các nút đích nhận được (dst_receive)# ==> Tỷ lệ phân phát gói tin thành công = dst_receive*100/src_sent.## type: perl Pkt_success_rate.pl <trace file>#====================================================

$infile=$ARGV[0];

$src_sent = 0; #Tổng số gói tin các nút nguồn gửi đi$dst_receive = 0; #Tổng số gói tin các nút đích nhận được$productivity = 0; #Hiệu suất đường truyền.

open (DATA, "<$infile") || die "Loi mo file: $infile $!";while (<DATA>){

@x = split(' ');

# Nút nguồn gửi gói tinif (($x[0] eq 's') && ($x[3] eq 'AGT') && ($x[6] eq 'tcp')) {

$src_sent++;}# Nút đích nhận được gói tinif (($x[0] eq 'r') && ($x[3] eq 'AGT') && ($x[6] eq 'tcp')){

$dst_receive++;}

}

$productivity = $dst_receive*100/$src_sent;

print STDOUT "Tổng số gói tin các nút nguồn gửi đi = $src_sent \n";print STDOUT "Tổng số gói tin các nút đích nhận được = $dst_receive \n\n";



print STDOUT "Tỷ lệ phân phát gói tin thành công = $productivity % \n";

close DATA;exit(0);

4. Thời gian thiết lập kết nối

#!/usr/bin/perl## Pham Van Tu - K51MMT - UET - VNU# GVHD: PGS.TS. Nguyen Dinh Viet## Tinh thoi gian thiet lap ket noi: # Tinh tu khi nut nguon co yeu cau ket noi den khi no nhan duoc goi tin bien nhan (ACK)## Type: perl Connection_time.pl <trace file> <Source ID> <Destination ID>#

$infile=$ARGV[0];$src=$ARGV[1];$dst=$ARGV[2];

$start_time = 0; #Thoi diem nut nguon bat dau co yeu cau truyen$end_time = 0; #Thoi diem nut nguon nhan duoc Ack$connection_time = 0; #Thoi gian ket noi

$src_ = 0; #Chi so nut nguon.$source = 0; #Dia chi nguon$destination = 0; #Dia chi dich

open (DATA, "<$infile") || die "Loi mo file: $infile $!";while (<DATA>){

@x = split(' ');

# Lay thong tin tu file tep vet$src_ = $x[2];$source = $x[13];$destination = $x[14];

# Xu ly xau(String) de lay ra truong so nham phuc vu cho viec so sanh.

# Loai bo 2 dau gach duoi "_" trong truong chi so nut nguon (_node-ID_)

$src_ = substr($src_, 1);$src_ = substr($src_, 0, -1);

# Loai bo Port va dau [ truong dia chi nguon va dia chi dich.$source = substr($source, 1);$source = substr($source, 0, -2);



$destination = substr($destination, 0, -2);

# Nut nguon co nhu cau ket noiif ((($x[0] eq "s") || ($x[0] eq "+")) && ($src_ == $src) &&

($x[3] eq 'AGT') && ($x[6] eq 'tcp') && ($source == $src) && ($destination == $dst) && ($x[17] eq '[0')){

$start_time = $x[1];}

# Nut nguon nhan duoc goi tin bien nhan (ACK)if (($x[0] eq 'r') && ($src_ == $src) && ($x[3] eq 'AGT')&& ($x[6]

eq 'ack') && ($source == $dst) && ($destination == $src) && ($x[17] eq '[0')){

$end_time = $x[1];$connection_time = $end_time - $start_time;last;

}}

print STDOUT "\nThoi gian thiet lap ket noi tu nut $src toi nut $dst = $connection_time\n\n";

close DATA;exit(0);


giáo trình ns2

Documents

Transcript of giáo trình ns2