ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN GIA DŨNG
CÁC ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN GIAO THỨC AODV
NHẰM ĐẢM BẢO HỖ TRỢ QOS
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Hà Nội, năm 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN GIA DŨNG
CÁC ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN GIAO THỨC AODV
NHẰM ĐẢM BẢO HỖ TRỢ QOS
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số:8480102.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT
Hà Nội, năm 2019
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Các đề xuất cải tiến giao thức
AODV nhằm đảm bảo hỗ trợ QoS” là công trình nghiên cứu của riêng tôi và
được sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Đình Việt. Các nội dung nghiên cứu
và kết quả trong đề tài là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Những phân tích, đánh giá được tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau
có ghi rõ trong tài liệu tham khảo.
Tác giả
Nguyễn Gia Dũng
i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc tới PGS.
TS. Nguyễn Đình Việt, người thầy đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho tôi
trong suốt quá trình học thạc sĩ và trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện
luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự dạy bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện của các
thầy, cô trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội trong suốt quá
trình tôi học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp - những người luôn ở bên tôi trong lúc khó khăn, động viên, khuyến
khích tôi trong cuộc sống và công việc.
Do thời gian và điều kiện có hạn nên luận văn không tránh khỏi có những
thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý từ bạn bè, thầy cô và những người
quan tâm đến đề tài này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả
Nguyễn Gia Dũng
ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Cụm từ đầy đủ
STT
Từ viết tắt
1
ACO
2
AODV
Adhoc On-Demand Distance Vector
3
DSDV
Destination-Sequenced Distance-Vector Routing
4
DSR
5
HARP
6
LSD
7
MANET
8
NDMLNR
9
OLSR
10
QoS
11
RERR
Route Error
12
RREP
Route Reply
13
RREQ
Route Request
14
TORA
Temporally Ordered Routing Algorithm
15
ZRP
Ant Colony Optimization
Dynamic Source Routing
Hybrid Ad hoc Routing Protocol
Link Stability Degree
Mobile Adhoc Network
Node Disjoint Multipath routing considering
Link and Node Stability
Optimized Link State Routing
Quality of Sevice
Zone Routing Protocol
iii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mạng MANET phân cấp (Hierarchical).......................................................... 3
Hình 1.2 Mạng MANET kết hợp (Aggregate)..................................................................4
Hình 1.3: Cấu trúc của NS-2 ........................................................................................... 9
Hình 1.4: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2 ........................................... 10
Hình 1.5: Kiến trúc của NS-2 ........................................................................................ 10
Hình 1.6: C++ và OTcl: Sự đối ngẫu ........................................................................... 11
Hình 1.7: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B .................................................... 11
Hình 2.1. Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phẳng .............................. 17
Hình 2.2. Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phân cấp ......................... 17
Hình 2.3. Truyền dữ liệu theo định tuyến nguồn ........................................................... 18
Hình 2.4. Truyền dữ liệu theo phương pháp định tuyến từng chặng ............................ 18
Hình 2.5: Quá trình lan truyền của gói tín RREQ ........................................................ 23
Hình 2.6: Đường đi ngược được tạo ra khi RREQ lan truyền trong môi trường ......... 25
Hình 2.7: Đường đi từ nút nguồn và nút đích được hình thành. ................................... 26
Hình 2.8: Lan truyền gói tin RERR ............................................................................... 28
Hình 3.1: Mạng bầy kiến ............................................................................................... 31
Hình 3.2: Hành vi bầy kiến tìm thức ăn ........................................................................ 32
Hình 4.1:Gói RREQ. ...................................................................................................... 44
Hình 4.2: Ví dụ .............................................................................................................. 46
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................................................... v
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG MANET ........................................................ 1
1.1. Tổng quan về mạng MANET.............................................................................................. 1
1.1.1 Khái niệm về mạng MANET (Mobile Adhoc Network) ............................................ 1
1.1.2. Đặc điểm của mạng MANET ...................................................................................... 1
1.1.3. Phân loại mạng MANET.............................................................................................. 2
1.2. Các vấn đề cần giải quyết .................................................................................................... 4
1.2.1 Định tuyến trong mạng MANET .................................................................................. 4
1.2.2 Vấn đề tiết kiệm năng lượng ......................................................................................... 5
1.2.3 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ ............................................................................. 6
1.3. Các độ đo hiệu năng được dùng trong luận văn ................................................................ 8
1.4 Giới thiệu bộ mô phỏng NS2 được sử dụng để đánh giá hiệu năng mạng ........................ 9
1.4.1 Giới thiệu về NS2 .......................................................................................................... 9
1.4.2 C++ và OTcL : ............................................................................................................. 10
1.4.3 Các đặc tính của NS-2 ................................................................................................. 12
1.5 Mục tiêu nghiên cứu luận văn ............................................................................................ 12
CHƯƠNG 2. MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET ................. 14
2.1 Phân loại các kỹ thuật định tuyến ...................................................................................... 14
2.1.1 Link state và Distance Vector .................................................................................... 14
2.1.2 Định tuyến chủ ứng (Proactive) và phản ứng (Reactive)......................................... 15
2.1.3 Định tuyến phẳng và định tuyến phân cấp ................................................................. 16
2.1.4 Định tuyến nguồn và định tuyến từng chặng ............................................................. 17
2.1.5 Định tuyến đơn đường và định tuyến đa đường ........................................................ 19
2.2 Giao thức DSDV (Destination – Sequenced Distance – Vector) [1]............................... 19
2.2.1Quản lý bảng định tuyến .............................................................................................. 20
2.2.2 Cập nhật bảng định tuyến trong DSDV ..................................................................... 20
2.2.3 Quản lý sự thay đổi của Topology ............................................................................. 21
2.3. Giao thức AODV [1] ......................................................................................................... 21
2.3.1. Tổng quan về giao thức AODV ................................................................................. 21
2.3.2 Cơ chế hoạt động ......................................................................................................... 22
2.3.3 Quản lý cục bộ ............................................................................................................. 26
v
2.3.4 Duy trì đường đi .......................................................................................................... 27
2.3.5 Thời gian hết hạn và việc hủy bỏ một đường đi ........................................................ 28
CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG THUẬT TOÁN BẦY KIẾN TRONG TỐI ƯU ĐỊNH TUYẾN
MẠNG MANET ........................................................................................................................... 29
3.1. Giới thiệu ............................................................................................................................ 29
3.2. Thuật toán tối ưu bầy kiến nhân tạo ................................................................................. 30
3.2.1 Định tuyến sử dụng ACO (Ant colony Optimization) .............................................. 33
3.2.2 Một số đặc tính của ACO trong việc định tuyến ...................................................... 33
3.3. Thuật toán OLSR ............................................................................................................... 33
3.3.1. Cảm nhận nút liền kề................................................................................................. 34
3.3.2. Các trạm chuyển tiếp đa điểm (MPR) ...................................................................... 34
3.3.3. Thông tin kiểm soát cấu trúc ..................................................................................... 34
3.3.4. Tìm đường định tuyến ................................................................................................ 35
3.3.5. Định tuyến từ nguồn ................................................................................................. 35
3.4. Triển khai thuật toán ACO ................................................................................................ 36
3.4.1. Giai đoạn tìm đường định tuyến ............................................................................... 36
3.4.2. Giai đoạn duy trì đường định tuyến ........................................................................ 37
3.5.Kết luận ............................................................................................................................... 37
CHƯƠNG 4. Định tuyến đảm bảo QoS trong Manets dựa trên thông số vị trí và năng lượng 37
4.1. Tổng quan ........................................................................................................................... 37
4.2. Giới thiệu ............................................................................................................................ 38
4.3. Giao thức nguồn động (DSR - Dynamic Source Routing).............................................. 39
4.4. Vấn đề phát sinh................................................................................................................. 40
4.5. Phương pháp sử dụng ........................................................................................................ 41
4.6. Đề xuất: Định tuyến đa đường node rời rạc có xét đến liên kết và ổn định node
NDMLNR (Node Disjoint Multipath routing considering Link and Node Stability) [5] .... 42
4.6.1. Phát hiện định tuyến ................................................................................................... 43
4.6.2. Lựa chọn định tuyến ................................................................................................... 46
4.6.3. Bảo trì định tuyến ....................................................................................................... 46
4.7. Ví dụ ................................................................................................................................... 46
4.8. Kết luận .............................................................................................................................. 48
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU.......................................................... 49
5.1 Kết quả đạt được của luận văn ............................................................................................... 49
5.2 Hướng nghiên cứu................................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 51
vi
vii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG MANET
1.1. Tổng quan về mạng MANET
1.1.1 Khái niệm về mạng MANET (Mobile Adhoc Network)
Với rất nhiều ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, các mạng
di động không dây đã phát triển rất mạnh thời gian gần đây. Có thể chia mạng di
động không dây thành hai kiểu mạng: mạng có hạ tầng và mạng không có hạ
tầng. Trong mạng có hạ tầng, truyền thông giữa các phần tử mạng phụ thuộc vào
sự hỗ trợ của hạ tầng mạng, các thiết bị đầu cuối di động và qua các điểm truy
nhập (các trạm cơ sở).
Mạng MANET (Mobile Adhoc Network) là một tập hợp các nút di
động có thể được triển khai mà không cần bất kỳ cơ sở hạ tầng tập trung nào.
Mạng ad hoc rất linh hoạt và có thể tự cấu hình. Do có cơ sở hạ tầng phân tán
nên không có bộ định tuyến được cài đặt sẵn nào có thể chuyển tiếp các gói từ
máy chủ này sang máy chủ khác. Nhiệm vụ này phải được đảm nhiệm bởi các
nút di động phân tán của mạng.
Mỗi nút có vai trò như nhau, có nghĩa là tất cả chúng có thể hoạt
động như một máy chủ và như một bộ định tuyến. Do đó, hoạt động cơ bản của
mạng này phụ thuộc vào sự hợp tác của các nút để cung cấp các tuyến truyền
thông. Trong MANET, mỗi nút hoạt động như một bộ định tuyến và như một
máy chủ lưu trữ, thậm chí cấu trúc liên kết của mạng cũng có thể thay đổi nhanh
chóng do các thiết bị di chuyển tự do theo mọi hướng.
Mỗi nút di động có một phạm vi truyền giới hạn, các gói tin từ nút nguồn
cần chuyển tới một nút đích có thể không nằm trong phạm vi truyền của nút
nguồn. Vì vậy, cần có sự trợ giúp của các nút trung gian để chuyển tiếp gói tin.
Để thực hiện được công việc này, các nút mạng phải sử dụng giao thức định
tuyến phù hợp.
1.1.2. Đặc điểm của mạng MANET
Do MANET là một mạng không dây hoạt động không cần sự hỗ trợ của
hạ tầng mạng cơ sở trên cơ sở truyền thông đa chặng giữa các thiết bị di động
vừa đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nên mạng
MANET còn có một số đặc điểm nổi bật sau:
Thiết bị tự trị đầu cuối (Autonomous terminal): mỗi thiết bị di động
đầu cuối trong MANET là một node tự trị, mang chức năng của host và router.
1
Các node di động này có khả năng xử lý cơ bản của một host, vừa có thể chuyển
đổi chức năng như một router.
Hoạt động phân tán (Distributed operation): Vì không có hệ thống cơ
sở hạ tầng mạng nên việc kiểm soát và quản lý hoạt động của mạng được đảm
nhận bởi các thiết bị đầu cuối. Các node trong MANET đòi hỏi phải có sự phối
hợp với nhau và hoạt động như một bộ chuyển tiếp (relay) để thực hiện chức
năng của mình.
Tô pô mạng động (dynamic network topology): vì các node là di động
tự do theo mọi hướng, nên cấu trúc mạng và các kết nối giữa các thiết bị đầu
cuối có thể thay đổi theo thời gian. MANET sẽ tự thích ứng định tuyến theo sự
di động của các node mạng. Các node trong mạng thiết lập định tuyến động với
nhau trong khi di chuyển và tự hình thành các mạng riêng với nhau. Ngoài ra,
một user trong MANET có thể không chỉ hoạt động trong mạng MANET nội bộ
mà còn có thể yêu cầu truy cập vào một mạng cố định khác, ví dụ như mạng
Internet.
Chất lượng liên kết hạn chế: Các liên kết không dây thường có băng
thông nhỏ hơn so với các liên kết có dây. Các kết nối có thể được chia sẻ qua
một vài chặng, vấn đề suy giảm tín hiệu, nhiễu và các yếu tố khác, thông lượng
hiệu dụng của các liên kết không dây thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền
tối đa theo lý thuyết của môi trường truyền không dây.
Các thiết bị đầu cuối có tài nguyên hạn chế: Mỗi nút di động trong
mạng MANET có thể là một nút cảm biến, một điện thoại thông minh hoặc một
máy tính xách tay. Thông thường các thiết bị này có tài nguyên hạn chế so với
các máy tính trong mạng có dây và không dây truyền thống về tốc độ xử lý,
dung lượng bộ nhớ và năng lượng nguồn pin nuôi sống hoạt động của nút. Vì
vậy cần phải tối ưu hóa các thuật toán và cơ chế.
Độ bảo mật thấp ở mức độ vật lý: Mạng không dây di động thường gặp
các vấn đề về an ninh nhiều hơn so với mạng có dây như nghe lén, giả mạo và
tấn công từ chối dịch vụ... vì dễ triển khai trong mạng MANET hơn là trong
mạng có dây truyền thống.
1.1.3. Phân loại mạng MANET
Mạng MANET đẳng cấp (phẳng, Flat):
2
Trong mạng MANET đẳng cấp tất cả các node có vai trò ngang hàng với
nhau (peer to peer) và các node đóng vai trò như các router định tuyến dữ liệu
gói trên mạng. Kiến trúc mạng này thích hơp trong những topo có các node di
chuyển nhiều.
Mạng MANET phân cấp (Hierarchical):
Đây là mô hình được sử dụng phổ biến nhất. Trong mô hình này thì mạng
chia thành các domain, trong mỗi domain bao gồm một hoặc nhiều cluster (cụm)
mỗi cluster gồm nhiều node. Có hai loại node là master node và nomal node.
Master node là node quản trị, có chức năng của một router với nhiệm vụ
chuyển dữ liệu của các node trong cluster đến các node trong cluster khác và
ngược lại (giống như một gateway).
Normal node là các node nằm trong cùng một cluster. Nó có thể kết nối
với các node trong cluster hoặc kết nối với các cluster khác thông qua master
node.
Hình 1.1. Mạng MANET phân cấp (Hierarchical)
Mạng MANET kết hợp (Aggregate):
Mỗi node bao gồm hai mức topo : Topo mức thấp (node level), và topo
mức cao (zone level).
Mỗi node đặc trưng bởi: node ID và zone ID. Trong một Zone có thể áp
dụng kiến trúc đẳng cấp hoặc kiến trúc phân cấp.
3
Hình 1.2 Mạng MANET kết hợp (Aggregate)
1.2. Các vấn đề cần giải quyết
1.2.1 Định tuyến trong mạng MANET
Việc thiết kế các giao thức định tuyến trong mạng Adhoc thường xem xét
một số các yếu tố sau đây [1]
Hoạt động phân tán: cách tiếp cận tập trung sẽ thất bại do sẽ tốn rất
nhiều thời gian để tập hợp các thông tin trạng thái hiện tại của mạng, tính toán
các tuyến và phân phát cho tất cả các nút trong mạng. Trong thời gian đó, cấu
hình mạng có thể đã có các thay đổi, các thông tin định tuyến mà các nút nhận
được không còn giá trị sử dụng.
Không có lặp định tuyến: hiện tượng xảy ra khi một phần nhỏ các gói tin
quay vòng trong mạng trong một khoảng thời gian nào đó. Một giải pháp có thể
áp dụng là sử dụng giá trị thời gian quá hạn cho các gói tin.
Tính toán đường dựa trên yêu cầu: thay thế việc tính toán và duy trì
định tuyến tới tất cả các nút tại tất cả các thời điểm, kể cả khi chưa có yêu cầu
truyền, bằng việc thích ứng với dạng truyền thông, chỉ thực hiện tìm đường khi
một nút có yêu cầu truyền đến một nút khác trong mạng. Mục đích là để tiết
kiệm năng lượng và băng thông, mặc dù độ trễ định tuyến tăng lên do sự phát
hiện đường cần thời gian.
Tính toán đường trước: Khi cần có độ trễđịnh tuyến nhỏvà băng thông
cũng như các tài nguyên năng lượng cho phép, việc tính toán đường trước khi có
yêu cầu truyền sẽ giảm độ trễ phân phát gói tin.
4
Bảo mật: Giao thức định tuyến mạng Adhoc có khả năng bị tấn công dễ
dàng bằng một số dạng như xâm nhập truyền thông, phát lại, thay đổi các tiêu đề
gói tin, điều hướng các thông điệp định tuyến. Do vậy, cần có các phương pháp
bảo mật thích hợp để ngăn chặn việc sửa đổi hoạt động của giao thức.
Hoạt động nghỉ: giao thức định tuyến cần có cơ chế bảo tồn năng lượng
của các nút khi có thể, ví dụ khi một nút không có yêu cầu truyền hoặc không có
nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin cho các nút khác.
Hỗ trợ liên kết đơn hướng: Khi thực hiện định tuyến đa chặng trong
mạng Adhoc, giao thức cần hỗ trợ trường hợp có một số chặng là khi các liên
kết đơn hướng, nghĩa là tuyến đường từ nút nguồn đến nút đích và tuyến đường
từ nút đích đến nút nguồn có thể không hoàn toàn trùng nhau
1.2.2 Vấn đề tiết kiệm năng lượng
Để thiết lập các tuyến đường giữa các nút, một giao thức định tuyến hiệu
quả là cần thiết kế để việc khám phá đường trong mạng MANET. Năng lượng
của nút là một trong những tiêu chí thiết kế quan trọng cho mạng MANET do
cấu trúc liên kết động của mạng MANET.
Các nút di động thường sử dụng pin nên thời gian hoạt động sẽ phụ thuộc
vào dung lượng pin của chung. Khi một nút di động bị ngưng hoạt động do hết
năng lượng sẽ ảnh hướng tới tất cả các kết nối đa chặng đi qua nó và phải xây
dựng lại các đường định tuyến mới, sẽ làm giảm hiệu suất của mạng.
Việc xây dựng các tuyến đường mới hay khôi phục các tuyến đường bị lỗi
sẽ cần đến việc gửi, nhận và xử lý nhiều gói tin sẽ tiếp tục tiêu hao năng lượng
của mỗi node lớn hơn, từ đó làm ảnh hưởng đến thời gian hoạt động của mạng
giảm bớt.
Ngoải ra, một nút di động ngoài việc chủ động gửi hoặc nhận gói tin, khi
nó ở trạng thái nhàn rỗi vẫn phải liên lạc với các nút khác trong mạng xem có
yêu cầu truyền thông từ các nút khác hay không.
Để có một giao thức định tuyến sử dụng năng lượng hiệu quả là giao thức
làm giảm thiểu năng lượng dành cho việc truyền và nhận gói dữ liệu, sửa lỗi
hoặc trong thời gian không hoạt động. Nó xác định đường đi tối ưu để giảm
thiểu năng lượng cần để chuyển gói dữ liệu đến đích và khi không hoạt động có
thể chuyển sang trạng thái ngủ để tranh tiêu hao năng lượng.
5
Điều này có thể dẫn đến việc tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể, đặc
biệt khi các ứng dụng truyền thông trên mạng có yêu cầu truyền thông thấp. Tuy
nhiên nó đòi hỏi một giao thức định tuyến được thiết kế tốt để đảm bảo khả năng
truyền dữ liệu ngay cả khi hầu hết các nút ngủ và không chuyển tiếp các gói tin
cho nút khác.
Một cách tiếp cận khác để tối ưu hóa năng lượng hoạt động là phương
pháp phân phối tải. Đối với việc xác định tuyến tối ưu và tắt tạm thời các nút khi
không sử dụng là để giảm thiểu tiêu hao năng lượng của từng nút riêng biệt, thì
mục tiêu chính của phương pháp phân bổ tải trọng là để cân bằng việc sử dụng
năng lượng giữa các nút và để tối đa hóa tuổi thọ mạng bằng cách tránh việc sử
dụng thường xuyên một số nút mạng nhất định khi lựa chọn một con đường định
tuyến, dù tuyến đi qua các nút đó là tuyến tối ưu. [1]
1.2.3 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ
1.2.3.1 Giới thiệu
QoS (Quality of Service) là khả năng giúp cho việc truyền dữ liệu với thời
gian trễ, tỉ lệ mất/ lỗi gói tin nằm trong phạm vi cho phép và cung cấp băng
thông đủ lớn cho những ứng dụng truyền thông đa phương tiện thời gian thực.
Vấn đề chất lượng dịch vụ được nghiên cứu và triển khai áp dụng trên
môi trường mạng Internet và các mạng khác từ khá lâu, các vấn đề chính được
đề cập đến hiện nay như định tuyến có QoS, đảm bảo QoS bằng cách kiểm soát
truy cập và đặt trước tài nguyên.
Mạng MANET và mạng có dây truyền thống có sự khác biệt cơ bản về
tính di động, hạ tầng mạng, nguồn năng lượng của các nút mạng và khả năng tự
tổ chức giữa các kiến trúc mạng. Sự khác biệt này làm nảy sinh rất nhiều khác
biệt và yêu cầu cải tiến trong những mảng bài toán mô hình hóa, điều khiển môi
trường truyền, định tuyến, bảo mật, tổ chức thông tin, đảm bảo chất lượng dịch
vụ, tiết kiệm năng lượng cho nguồn…
1.2.3.2. Những vấn đề của việc đảm bảo chất lượng dịch vụ [3]
Kiểm soát phi tập trung (Decentralized control) Các nút có thể tham gia
hoặc rời khỏi mạng liên tục và mạng được thiết lập tự phát -> dẫn đến sự phức
tạp về thuật toán.
Kênh không thể dự đoán trước: Lỗi bit là sự cố phát sinh do các kênh
không dây không đáng tin cậy. Các kênh này gây ra tỷ lệ lỗi bit là cao do nhiễu,
6
nhiễu nhiệt, hiệu ứng fading đa đường, v.v. Điều nàydẫn đến tỷ lệ phân phối gói
thấp. Ngoài ra còn dẫn đến mất thông tin và môi trường xung quanh.
Sự mất mát dữ liệu (Data Loss): Mất dữ liệu hoặc mất gói trong quátrình
gửi dữ liệu
Bảo trì tuyến đường (Route Maintenance): Bản chất động của topo mạng
và thay đổi môi trường truyền thônglàm cho việc duy trì thông tin trạng thái
mạng rất khó khăn.
- Các đường định tuyến đã được thiết lập có thể bị hỏng trong suốtquá
trình truyền dữ liệu, dẫn đếnsự cần thiết phải duy trì và tái thiết các đường định
tuyến với chi phí tối thiểu và giải quyết nguyên nhân mất kết nội.
- Định tuyến có QoS sẽ yêu cầu đặt các tài nguyên tại các nút trung gian.
Sự di động của nút mạng (Node mobility):các nút ở đây là các nút di
động, chúng di chuyển một cách độc lập và ngẫu nhiên ở mọi hướng và mọi tốc
độ thông tin tô pô mạngcần phải được cập nhật thường xuyên và phù hợp để
cung cấp định tuyến và giảm tỷ lệ mất gói.
Nguồn năng lượng dung lượng thấp: Các nút di động có nguồn điện hạn
chế so với các nút trong mạng có dây.Việc cung cấp QoS tiêu tốn nhiều điện
hơn có thể làm giảm sự hoạt động của các nút.
Tính an ninh thích hợp: do các nút không dây di động nên bảo mật kém,
dễ bị truy cập trái phép nên khó đảm bảo được QoS. Vì vậy cần thiết kế giao
thức đảm bảo an toàn bảo mật cho mạng.
1.2.3.3. Các tham số
Các ứng dụng khác nhau có yêu cầu về QoS khác nhau. Ví dụ, đối với các
ứng dụng Multimedia thì dải thông (bandwidth), độ trễ (delay) và biến động trễ
(delay-jitter) là các tham số chính. Các ứng dụng quân sự thì đòi hỏi yêu cầu bảo
mật nghiêm ngặt. [3]
Khả năng đáp ứng(Responsiveness): quan trọng trong việc trải nghiệm
mạng của người dùng.
Dung lượng và thông lượng (Capacity and throughput): 1 thước đo quan
trọng của người dùng với các ứng dụng mạng, được định nghĩa là tốc độ gửi
hoặc nhận dữ liệu
7
Độ trễ (Delay):thời gian cần thiết cho một gói tin truyền tới đích.
Trễ lan truyền (Propagation Delay): thời gian từ lúc truyền đến khi kết
thúc nhận gói tin của 1 liên kết
Thời gian khứ hồi – RTT (Round-Trip Time): bằng thời gian gửi +
thời gian xác nhận đã được nhận.
Biến động trễ - Delay Variation (Jitter) độ lệch không mong muốn khi
có sự thay đổi trong tỉ lệ xuất hiện của các gói tin định kỳ.
1.3. Các độ đo hiệu năng được dùng trong luận văn
Theo nghĩa chung, hiệu năng là một độ đo công việc mà một hệ thống
thực hiện được. Hiệu năng chủ yếu được xác định bởi tính sẵn sàng để dùng,
thông lượng và thời gian đáp ứng. Trong mạng Adhoc, các giới hạn về tài
nguyên mạng yêu cầu các giao thức bên cạnh các yếu tố hiệu suất nêu trên cần
đảm bảo việc dùng hiệu quả các tài nguyên hạn chế này. Với các giao thức định
tuyến, đó chính là chi phí để thực hiện các yêu cầu định tuyến được thể hiện bởi
mức tải định tuyến
Do vậy, luận văn sử dụng các độ đo sau để đánh giá hiệu quả các giao
thức định tuyến trong các mạng mô phỏng: [1]
Tỉ lệ gói tin được phân phát thành công (Packet delivery fraction): 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.
Trễ đầu cuối trung bình của các gói dữ liệu (Average end to end data
packet delay): Là độ trễ toàn phần được tính từ khi gói tin phát đi từ ứng dụng
phát cho tới khi được nhận bởi ứng dụng nhận bao gồm các trễ có thể như trễ do
quá trình phát hiện đường, xếp hàng tại các hàng đợi, trễ phát lại tại tầng MAC,
và thời gian trễ truyền.
Thông lượng dữ liệu đầu cuối (End-to-end data throughput): Tổng số dữ
liệu của các gói tin tạo bởi mọi nguồn đo được trong một khoảng thời gian mô
phỏng, tính bằng kbit/s.
Tải định tuyến chuẩn hóa (Normalized Routing Load): Là tỷ lệ giữa số
các gói tin định tuyến trên số gói tin dữ liệu được phân phát thành công. Nếu gói
tin định tuyến đi qua nhiều chặng thì mỗi chặng được tính như một lần truyền
thông.
8
1.4 Giới thiệu bộ mô phỏng NS2 được sử dụng để đánh giá hiệu năng mạng
1.4.1 Giới thiệu về NS2
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. [7]
Hình 1.3: Cấu trúc của NS-2
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
Phụ thuộc vào mục đích của user đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết
quả mô phỏng có thể được lưu trữ như file trace. Định dạng file trace sẽ được tải
vào trong các ứng dụng khác để thực hiện phân tích:
- File nam trace (file.nam) được dùng cho công cụ minh họa mạng NAM
- File Trace (file.tr) được dùng cho công cụ Lần vết và Giám sát Mô phỏng
XGRAPH hay TRACEGRAPH
9
Hình 1.4: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2
1.4.2 C++ và OTcL :
Hình 1.5 biểu diễn kiến trúc chung của NS-2. Người dùng có thể tưởng
tượng mình đang đứng ở góc trái dưới, thiết kế và chạy các mô phỏng trong Tcl.
Tcl dùng các đối tượng mô phỏng trong OTcl. Các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện
và hầu hết các đối tượng Thành phần Mạng thực thi bằng C++ và sẵn có cho
OTcl qua một liên kết OTcl. Liên kết OTcl này được thực thi dùng TclCL. [7]
Hình 1.5: Kiến trúc của NS-2
- NS-2 sử dụng hai ngôn ngữ lập trình: Ngôn ngữ kịch bản (Tcl – Tool
Command Language,) và Ngôn ngữ lập trình hệ thống (C/C++)
- NS là tầng biên dịch Tcl để chạy các kịch bản Tcl
- Bằng cách sử dụng C++/OTcl, bộ mô phỏng mạng phải hoàn toàn là hướng
đối tượng
10
Hình 1.6 chỉ ra các đối tượng C++ có liên kết OTcl. Khi đó, nếu chúng
tạo nên một phân cấp thì các đối tượng OTcl cũng có một phân cấp tương ứng
như vậy.
Hình 1.6: C++ và OTcl: Sự đối ngẫu
TclCL là ngôn ngữ được sử dụng để cung cấp liên kết giữa C++ và OTcl.
Các kịch bản Tcl/OTcl được viết để thiết lập và cấu hình topology của mạng.
TclCL cung cấp liên kết giữa phân cấp lớp, khởi tạo đối tượng, nối kết biến và
gửi lệnh.
Hình 1.7: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B
NS-2 sử dụng đến hai ngôn ngữ vì Bộ mô phỏng cần thực hiện hai việc
khác nhau: Một mặt là vì các mô phỏng cho các giao thức yêu cầu một ngôn ngữ
lập trình hệ thống có thể tính toán một cách hiệu quả các byte, các tiêu đề packet
và các thuật toán thực thi đang chạy trên một tập dữ liệu lớn. Với tác vụ này,
run-time speed (tốc độ thời gian chạy thực) là quan trọng trong khi turn-around
time (thời gian thay đổi) thì ít quan trọng hơn. Turn-around time bao gồm thời
gian chạy mô phỏng, thời gian tìm lỗi, thời gian sửa lỗi, thời gian biên dịch lại
và thời gian chạy lại.
Hầu hết định tuyến được viết bằng OTcl (dù thuật toán Dijkstra lõi viết
bằng C++). Mô phỏng HTTP có từng luồng bắt đầu tại OTcl nhưng việc xử lý
11
- Xem thêm -