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

ii

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

i

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

ii

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

iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT Từ viết tắt Cụm từ đầy đủ

1 ACO Ant Colony Optimization

2 AODV Adhoc On-Demand Distance Vector

3 DSDV Destination-Sequenced Distance-Vector Routing

4 DSR Dynamic Source Routing

5 HARP Hybrid Ad hoc Routing Protocol

6 LSD Link Stability Degree

7 MANET Mobile Adhoc Network

8 NDMLNR Node Disjoint Multipath routing considering

Link and Node Stability

9 OLSR Optimized Link State Routing

10 QoS Quality of Sevice

11 RERR Route Error

12 RREP Route Reply

13 RREQ Route Request

14 TORA Temporally Ordered Routing Algorithm

15 ZRP Zone Routing Protocol

iv

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

v

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

vi

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

vii

1

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.

2

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):

3

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.

4

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.

5

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.

6

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,

7

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

8

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.

9

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

10

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

11

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

12

từng gói lại được viết bằng C++. Phương pháp này chạy tốt cho đến khi có đến

100 luồng bắt đầu thời gian mô phỏng mỗi giây. Nói chung, nếu phải triệu gọi

Tcl nhiều lần mỗi giây thì có lẽ nên chuyển sang C++.

Về phương diện mã nguồn, NS-2 được viết với 100k dòng mã lệnh C++,

70k dòng mã Tcl và 20k dòng tài liệu.

1.4.3 Các đặc tính của NS-2

NS-2 thực thi những tính năng sau: [7]

- Các kỹ thuật quản lý hàng đợi Router như DropTail, RED, CBQ,

- Multicasting

- Mô phỏng mạng không dây :

+ Được phát triển bởi Sun Microsystems + UC Berkeley (Dự án Daedalus)

+ Thuộc mặt đất (di động, adhoc, GPRS, WLAN, BLUETOOTH), vệ tinh

+ Chuẩn IEEE 802.11 có thể được mô phỏng, các giao thức Mobile-IP và

adhoc như DSR, TORA, DSDV và AODV

- Hành vi nguồn traffic – www, CBR, VBR

- Các agent truyền tải – UDP, TCP

- Định tuyến

- Luồng packet

- Mô hình mạng

- Các ứng dụng – Telnet, FTP, Ping

- Các packet tracing trên tất cả các link và trên các link xác định

1.5 Mục tiêu nghiên cứu luận văn

Việc sử dụng mạng mọi lúc mọi nơi và không phụ thuộc vào vị trí vật lý

của mạng không dây đặc biệt MANET cho phép các máy tính di động thực hiện

các kết nôi truyền thông với nhau không cần dựa vào cơ sở hạ tầng có sẵn.

Truyền thông trong mang MANET dựa trên các đường đi đa chặng, do vậy định

tuyến các gói tin là hoạt động quan trọng. Khác với các mạng cố định có cấu

hình ít thay đổi hoặc gần như không thay đổi, các vấn đề về không dây và tính

chất động của mạng Adhoc khiến cho việc thiết kế một giao thức định tuyến làm

việc hiệu quả trong mạng Adhoc là một bài toàn khó.

13

Chính vì vậy, tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Các đề xuất cải tiến giao thức

AODV nhằm đảm bảo hỗ trợ QoS”. Luận văn bao gồm mục đích sau: Nghiên

cứu các đặc điểm mạng MANET,nghiên cứu các giao thức định tuyến và cácđề

xuất cải tiến giao thức định tuyến có đảm bảo QoS trong mạng MANET. Tôi tập

trung chủ yếu vào việc áp dụng thuật toán con-kiến-tìm-đường vào thuật toán

OLSR để cải tiến hiệu năng.

14

CHƯƠNG 2. MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET

2.1 Phân loại các kỹ thuật định tuyến

2.1.1 Link state và Distance Vector

2.1.1.1 Thuật toán định tuyến vector khoảng cách (distance-vector routing

protocols)

Thuật toán định tuyến này dùng thuật toán Bellman-Ford, trong đó chỉ định

một giá trị (chi phí hay trọng số) cho mỗi một liên kết giữa các nút trong mạng.

Các nút sẽ gửi thông tin về đường đi nút nguồn đến nút đích qua các đường

truyền với tổng chi phí thấp nhất (là tổng các chi phí của các kết nối giữa các nút

được dùng).

Nguyên tắc hoạt động: Khi một nút bắt đầu hoạt động, nó chỉ biết các nút

lân cận trực tiếp với nó, và chi phí trực tiếp để đi đến nút lân cận đó gồm (danh

sách của các nút, tổng chi phí đến từng nút và bước kế tiếp để gửi dữ liệu đến

đó) tạo nên bảng định tuyến, hay bảng khoảng cách. Mỗi nút gửi đến từng nút

lân cận (nút 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; nếu bất kỳ thông tin nào cải thiện được những thông tin chúng đang

có sẽ được cập nhật vào các bảng định tuyến của những “hàng xóm” này. Đến

khi kết thúc, tất cả nút trên mạng sẽ tìm ra bước truyền (hop) 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 gặp vấn

đề này trong đường định tuyến của mình sẽ loại bỏ những đường đó, và tạo nên

thông tin mới của bảng định tuyến. Sau đó chúng chuyển thông tin này đến tất

cả nút hàng xóm 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.

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

protocols)

Link State không gửi bảng định tuyến của mình , mà chỉ gửi tình trạng của

các đường link trong linkstate database của mình đi cho các router khác, các

router sẽ áp dụng giải thuật SPF (shortest path first), để tự xây dựng routing

table riêng cho mình . Khi mạng đã hội tụ , Link State protocol sẽ không gửi

15

update định kỳ mà chỉ gởi khi nào có một sự thay đổi trong mạng (1 line bị

down , cần sử dụng đường back up)

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 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.

2.1.2 Định tuyến chủ ứng (Proactive) và phản ứng (Reactive)

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 nút mạng.

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

16

tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing)

là hai ví dụ điển hình 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 định tuyến 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 cách 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.

2.1.3 Định tuyến phẳng và định tuyến phân cấp

Trong định tuyến phẳng, mọi nút trong mạng đều có cùng cấp độ và chức

năng định tuyến. Chiến lược định tuyến này tương đối đơn giản và hiệu quả đối

với các mạng nhỏ. Các giao thức AODV, DSDV, DSR là những giao thức điển

hình sử dụng chiến lược định tuyến phẳng. Đối với các mạng lớn, vấn đề gặp

phải là lãng phí tài nguyên mạng dành cho việc xử lý và truyền các gói tin quảng

bá thông tin định tuyến. Chiến lược định tuyến phân cấp được đề xuất nhằm giải

quyết vấn đề này. Hình 2.1 minh họa cho các con đường được hình thành bởi

giao thức định tuyến hoạt động theo chiến lược định tuyến phẳng.

17

Hình 2.1. Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phẳng

Trong chiến lược định tuyến phân cấp, các nút mạng được tổ chức thành

các vùng động. Mỗi vùng lại có thể chia tiếp thành các vùng con theo kiểu cây

phân cấp. Sự phân cấp này nhằm duy trì tính ổn định tương đối của cấu trúc

mạng. Sự di chuyển hoặc thay đổi trạng thái của một nút mạng chỉ tác động

trong phạm vi của vùng quản lý nó; Chỉ có thông tin điều khiển cấp cao mới

được truyền giữa các vùng để giảm tải định tuyến trong mạng. Mỗi nút mạng sẽ

có thông tin đầy đủ về các nút mạng khác trong cùng vùng với nó bằng cách sử

dụng kỹ thuật định tuyến tìm đường trước. Nếu nút đích và nút nguồn của một

yêu cầu truyền dữ liệu thuộc hai vùng khác nhau, kỹ thuật định tuyến liên vùng

theo yêu cầu sẽ được sử dụng. Định tuyến liên vùng thường hoạt động theo cơ

chế định tuyến theo yêu cầu hoặc cơ chế kết hợp giữa định tuyến tìm đường

trước và định tuyến theo yêu cầu. Các giao thức tiêu biểu sử dụng chiến lược

định tuyến phân cấp là HSR và CGSR .

Hình 2.2 minh họa cho các con đường được hình thành bởi giao thức định

tuyến hoạt động theo chiến lược định tuyến phân cấp.

Hình 2.2. Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phân cấp

2.1.4 Định tuyến nguồn và định tuyến từng chặng

Có một vài giao thức định tuyến đưa thông tin về toàn bộ con đường vào

trong header của các gói tin dữ liệu để các nút trung gian có thể chuyển tiếp

những gói tin này theo các thông tin định tuyến mà nó đọc được trong phần

header. Chiến lược định tuyến này được gọi là định tuyến nguồn. Ưu điểm của

chiến lược định tuyến này là các nút trung gian không cần duy trì thông tin định

tuyến cập nhật để tìm đường cho các gói tin chúng chuyển tiếp vì chính trong

các gói tin dữ liệu đã chứa thông tin phục vụ cho các quyết định định tuyến. Tuy

18

nhiên, nhược điểm của chiến lược này là làm tăng kích thước của các gói tin dữ

liệu, đặc biệt với các con đường dài và trong các mạng có kích thước lớn dẫn

đến việc lãng phí băng thông. Giao thức DSR là một trong những giao thức định

tuyến nguồn tiêu biểu. Hình 2.3 minh họa cơ chế chuyển tiếp gói tin của giao

thức định tuyến nguồn.

Hình 2.3. Truyền dữ liệu theo định tuyến nguồn

Trong chiến lược định tuyến từng chặng, con đường tới một nút đích được

phân bố trong các “chặng kế tiếp” của các nút thuộc con đường này. Khi một nút

nhận được một gói tin cần truyền tới một đích xác định, nó sẽ chuyển tiếp gói tin

này tới chặng kế tiếp tương ứng trên con đường. Vì mỗi nút mạng không có

thông tin đầy đủ về toàn bộ các liên kết trong mạng nên thuật toán định tuyến

của các giao thức sử dụng chiến lược định tuyến này phải đảm bảo không chọn

các con đường gây ra định tuyến lặp. AODV là một trong những giao thức tiêu

biểu sử dụng chiến lược định tuyến từng chặng. Hình 2.4 minh họa kỹ thuật

chuyển tiếp gói tin của giao thức hoạt động theo chiến lược định tuyến từng

chặng.

Hình 2.4. Truyền dữ liệu theo phương pháp định tuyến từng chặng

19

2.1.5 Định tuyến đơn đường và định tuyến đa đường

Giao thức định tuyến đơn đường chỉ cài đặt vào bảng định tuyến tối đa là

một đường tối ưu theo độ đo định tuyến sau mỗi tiến trình tìm đường mặc dù nút

mạng có thể nhận được thông tin về nhiều con đường tới cùng một đích trong

cùng một tiến trình tìm đường. Tại mỗi nút mạng, các gói tin được chuyển tiếp

theo đường thích hợp có trong bảng định tuyến. Khi một liên kết trên đường đó

bị lỗi, nút mạng này phải khởi tạo lại tiến trình tìm đường.

Để tiết kiệm tài nguyên hệ thống mạng trong tiến trình tìm đường, giao

thức định tuyến đa đường cho phép tìm và cài đặt nhiều hơn một con đường

không giao nhau tới cùng một đích vào bảng định tuyến của chúng. Tại một nút,

khi có yêu cầu chuyển tiếp dữ liệu tới nút đích, con đường tốt nhất sẽ được sử

dụng và những con đường còn lại sẽ đóng vai trò là đường dự phòng. Khi đường

chính bị lỗi, các đường dự phòng sẽ được sử dụng để chuyển tiếp các gói tin dữ

liệu nếu chúng vẫn trong trạng thái còn hoạt động được. Thêm vào đó, nếu cơ

chế cân bằng tải được sử dụng, có thể phân chia dữ liệu cần truyền thành nhiều

luồng được truyền song song trên các con đường.

Trong số các chiến lược định tuyến đã được trình bày ở trên, chiến lược

định tuyến tìm đường trước (proactive) và định tuyến tìm đường theo yêu cầu

(on-demand) được sử dụng rất rộng rãi. Với các giao thức sử dụng chiến lược

định tuyến tìm đường trước kết hợp với cơ chế điều khiển dạng bảng, đường

truyền dữ liệu giữa mọi cặp nút nguồn, đích trong mạng sẽ được khám phá trước

khi có yêu cầu truyền dữ liệu. Tuy nhiên, do sự thay đổi ngẫu nhiên với tần suất

lớn của các nút mạng trong mạng MANET nên chiến lược định tuyến này chỉ

phù hợp với các mô hình mạng MANET tương đối tĩnh, cấu trúc mạng ít có sự

thay đổi. Thêm vào đó, việc khám phá tất cả các đường đi giữa các cặp nút

nguồn-đích bất kỳ trong mạng là không cần thiết và lãng phí vì có những con

đường sẽ không được sử dụng.

2.2 Giao thức DSDV (Destination – Sequenced Distance – Vector) [1]

Là một trong những giao thức đầu tiên được phát triển cho mạng Adhoc.

DSDV là một biến thể của giao thức định tuyến distance vector theo kiểu chủ

ứng (proactive), dựa trên ý tưởng của thuật toán định tuyến kinh điển Bellman–

Ford với một chút cải tiến.

Cải tiến mới của DSDV là sử dụng kỹ thuật đánh số thứ tự (sequence

number). Kỹ thuật này dùng để nhận ra các con đường đi không còn giá trị trong

20

quá trình cập nhật bảng định tuyến, do đó, sẽ tránh được vòng lặp trong quá

trình định tuyến. Mỗi nút sẽ tăng số sequence number khi gửi thông tin về bảng

định tuyến của nó cho các nút khác trong mạng.

Các cơ chế trong DSDV

2.2.1Quản lý bảng định tuyến

Mỗi nút luôn duy trì một bảng định tuyến đến các nút khác trong mạng.

Thông tin của mộtmục trong bảng định tuyến bao gồm:

Địa chỉ của nút đích

Số hop đến đích (hop – count)

Next hop

Số sequence number của nút đích.

Để đảm bảo cho bảng định tuyến luôn luôn phù hợp với những thay đổi

trong mạng thì các nút phải thường xuyên cập nhật bảng định tuyến theo một

khoảng thời gian nhất định khi mạng có sự thay đổi. Do đó, các nút phải quảng

bá thông tin định tuyến của nó cho các nút khác trong mạng bằng cách quảng bá

(broadcast) những thay đổi trong bảng định tuyến của nó. Khi một nút nhận gói

tin cập nhật bảng định tuyến, nó sẽ kiểm tra số sequence number trong gói tin

được cập nhật, nếu số này lớn hơn hoặc bằng với sốsequence number trong bảng

định tuyến và số có hopcount nhỏ hơn thì nút sẽ cập nhật thông tin đó vào bảng

định tuyến.

2.2.2 Cập nhật bảng định tuyến trong DSDV

Bảng định tuyến sẽ được cập nhật theo hai cách:

Thứ nhất, cập nhật toàn bộ bảng định tuyến cho các nút láng giềng và có

thể phải truyền trong nhiều packet, gọi là full-dump.

Thứ hai, cập nhật các phần thay đổi trong bảng định tuyến của nó cho các

nút láng giềng và thông tin thay đổi chỉ được gửi đi trong một packet, gọi là

incremental – update.

Đối với một mạng Adhoc tương đối ổn định, thì kiểu cập nhật incremental

– update sẽ thường được sử dụng để hạn chế lưu lượng truyền trên mạng. Trong

khi đó, full – dump sẽ được dùng trong những mạng thiếu ổn định.

21

2.2.3 Quản lý sự thay đổi của Topology

Khi một nút di chuyển từ nơi này đến nơi khác thì các liên kết của nó với

các nút láng giềng có thể không còn hiệu lực. Khi một nút phát hiện rằng liên

kết đến chặng kế tiếp (next hop) của nó không còn tồn tại thì đường đi qua next

hop đó lập tức sẽ có hop-count là ∞ và số sequence number được tăng lên 1. Sau

đó nútsẽ phát broadcast thông tin đó cho tất cả các nút trong mạng và các nútsẽ

cậpnhật lại bảng định tuyến của mình.

Ưu điểm của DSDV là đảm bảo không có đường định tuyến kín (không

có vòng lặp định tuyến) bằng cách sử dụng số thứ tự để đánh dấu mỗi đường. Số

thứ tự cho biết mức độ “mới” của đường định tuyến, số càng lớn thì mức độ

đảm bảo càng cao (đường R được coi là tốt hơn R’ nếu số thứ tự của R lớn hơn,

trong trường hợp có cùng số thứ tự thì R phải có số bước nhỏ hơn). Số thứ tự sẽ

tăng khi nút A phát hiện ra đường đến đích D đị phá vỡ, sau đó nút A quảng bá

đường định tuyến của nó tới nút D với số bước không giới hạn và số thứ tự sẽ

tăng lên.

DSDV phụ thuộc vào thông tin quảng bá định kỳ nên nó sẽ tiêu tốn thời

gian để tổng hợp thông tin trước khi đường định tuyến được đưa vào sử dụng.

Thời gian này là không đáng kể đối với mạng có cấu trúc cố định nói chung (bao

gồm cả mạng có dây), nhưng với mạng Adhoc thời gian này là đáng kể, có thể

gây ra mất gói tin trước khi tìm ra được định tuyến hợp lý. Ngoài ra, bản tin

quảng cáo định kỳ cũng là nguyên nhân gây ra lãng phí tài nguyên mạng, như

băng thông, điện năng, thời gian xử lý...

2.3. Giao thức AODV [1]

2.3.1. Tổng quan về giao thức AODV

Giao thức AODV sử dụng một cách tiếp cận hoàn toàn mới so với các

phương pháp truyền thống để xây dựng các đường đi trong mạng. Khi một nút

mạng muốn gửi một gói tin tới một nút nào đó, nó sẽ khởi tạo tiến trình xử lý

phát hiện đường (discovery) để định vị nút đích. Nếu không có một đường đi

nào được tìm thấy trong một khoảng thời gian xác định, nút khởi tạo sẽ cho rằng

không tồn tại đường đi tới nút đích, tiến trình xử lý phát hiện đường (discovery)

sẽ kết thúc đồng thời các gói tin tương ứng sẽ hủy bỏ. Ngược lại, nếu nútkhởi

tạo tìm được một đường đi phù hợp, nó sẽ cập nhật đường đi này vào bảng định

tuyến của nó như một đầu vào (entry) tương ứng với nút đích.

22

Khi một đầu vào mới được tạo ra, tiến trình xử lý việc duy trì

(mainternance) tuyến cũng đồng thời được kích hoạt để giám sát tình trạng của

đường đi vừa được tạo ra, nếu sau một khoảng thời gian đủ lớn mà đường đi

không được sử dụng, nút mạng sẽ xóa đường đi này ra khỏi bảng định tuyến.

Nếu có lỗi xuất hiện trên một đường đi có trạng thái tích cực, nút mạng phát

hiện chặng có lỗi sẽ lập tức thông báo ngược lại cho nút lân cận ở phía đầu

tuyến về chặng bị lỗi bằng một gói tin điều khiển cụ thể. Trong trường hợp nhận

được gói thông báo lỗi trên, các nút mạng chịu ảnh hưởng sẽ khởi động lại tiến

trình discovery để tìm đường đi thay thế nếu cần thiết.

AODV quản lý các thông tin về đường đi theo kiểu phân tán. Điều này có

nghĩa là mỗi nút trên đường đi sẽ có một thành phần trong bảng định tuyến

tương ứng với nút đích của đường đi đó. Cách quản lý này hoàn toàn trái ngược

với phương pháp source routing (tìm đường từ nút nguồn) trong đó chỉ có nút

nguồn mới biết đường đi đầy đủ tới nút đích. AODV cũng cho phép mỗi nút chỉ

duy trì một và chỉ một đường đi ứng với mỗi nút đích. Tuy nhiên có một số giao

thức tìm đường khác cho phép tìm nhiều đường ứng với mỗi nút đích. Trong

trường hợp đường đi ban đầu bị lỗi, đường đi thay thế sẽ được sử dụng

Các thành phần của bảng định tuyến trong giao thức AODV được định

dạng bao gồm các trường như sau:

<địa chỉ nút đích, địa chỉ chặng tiếp theo, số thứ tự, khoảngcách, danh sách các

nút trước đó (precursor), ngày hết hạn >.

Trường số thứ tự được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành các vòng lặp

và thể hiện mức độ cập nhật của các đường đi.

+ Khoảng cách là số các bước truyền. Khi một đường đi mất hiệu lực, số

thứ tự của nó sẽ tăng lên một và khoảng cách sẽ được đặt là vô cùng.

Danh sách precursor chứa tập hợp các nút lân cận, sử dụng thành phần

này để chuyển tiếp các gói dữ liệu.

Thời gian hết hạn được sử dụng để xác định thời gian tồn tại tối đa của

thành phần, sau hạn đó nó sẽ bị xóa bỏ khỏi bảng định tuyến. Tất nhiên giá trị

của trường này sẽ được tăng lên mỗi lần thành phần này được sử dụng.[1]

2.3.2 Cơ chế hoạt động

2.3.2.1 Tiến trình Discovery

23

Tiến trình Discovery là một phương pháp kỹ thuật cho phép từng nút

nguồn trong một mạng MANET có thể định vị (lấy được địa chỉ IP) một nút

đích. Tất nhiên, một nút khởi động tiến trình Discovery chỉ khi nút đích chưa

từng được định vị trước đó hoặc không có thành phần nào trong bảng định tuyến

tương ứng với nút đích. Nếu đã có một thành phần tồn tại trong bảng định tuyến,

gói tin sẽ lập tức được chuyển đi và bước thực hiện tiến trình Discovery được bỏ

qua.

Khi một nút khởi động cho tiến trình Discovery, nó phải gửi đi một gói tin

yêu cầu tìm đường -RREQ (route request) tới tất cả các nút lân cận. Gói tin này

được lan truyền tới tất cả các nút khác trong mạng khi một đường đi được xác

định

2.3.2.2 Tạo Route Request:

Hình 2.5: Quá trình lan truyền của gói tín RREQ

Nếu một nút nguồn S muốn tìm một nút đích D trong mạng MANET, S sẽ

thông báo cho tất cả các nút khác trong mạng biết nó đang tìm kiếm nút D bằng

cách gửi đi gói tin RREQ tới tất cả các nút lân cận. RREQ chứa địa chỉ IP và số

thứ tự của cả nguồn và đích. Số thứ tự đích tham chiếu đến số thứ tự của đường

đi cuối cùng tới nút D mà nút S biết. Nếu nút nguồn S không dò được một số thứ

tự nào của đường đi tới nút D thì số thứ tự đích được đặt mặc định bằng 0.

Cấu trúc gói tin RREQ:

<địa chỉ nguồn, thứ tự nguồn#, BROADCAST ID, địa chỉ đích, thứ tự đích#,

hop-count>

Mỗi nút trong mạng khi nhận được gói tin RREQ sẽ lập tức lan truyền

tiếp tới các nút lân cận của nó cho đến khi gói tin RREQ tới được nút D hoặc

24

một nút nào đó biết một đường đi đầy đủ và cập nhật tới nút D ( dựa vào số thứ

tự đích trong gói tin RREQ).

Gói tin RREQ còn chứa hai trường khác là TTL (TIME TO LIVE) và

BROADCAST ID. Trường TTL cho phép tiến trình Discovery điều khiển mức

độ lantruyền của gói tin RREQ trong mạng. Lấy ví dụ như một gói tin RREQ có

trường TTL được đặt bằng 2 sẽ thực hiện nhiều nhất 2 bước truyền tính từ nút

gốc.

Khi gói tin RREQ truyền đi, nút nguồn sẽ đặt giá trị cho trường TTL và

chuyển vào trạng thái chờ. Khoảng thời gian chờ của nút gốc tương ứng với giá

trị của trường TTL gói tin RREQ. Nếu không có gì thay đổi, một đường đi được

tìm thấy trước khi thời gian chờ kết thúc thì tiến trình khám phá tuyến đường

(Discovery) kết thúc thành công.

Ngược lại, nếu trong khoảng thời gian chờ của nút nguồn nó không nhận

được một gói tin trả lời nào, nút nguồn sẽ gửi lại một gói tin RREQ mới và tiếp

tục chờ đợi. Tất nhiên gói tin mới sẽ cần có giá trị của trường TTL lớn hơn và

thời gian chờ đợi cũng kéo dài hơn vì thế gói tin RREQ sẽ lan truyền đến được

nhiều nút mạng hơn. Nếu vẫn không nhận được trả lời, nút nguồn sẽ gửi tiếp

một gói tin RREQ với giá trị tối đa của trường TTL. Sau lần này, tiến trình

Discovery sẽ bị hủy bỏ. Kỹ thuật này còn được gọi là kỹ thuật mở rộng dần

vòng tìm kiếm.

Ngoài ra mỗi gói tin RREQ còn được gán một số thứ tự được gọi là

BROADCAST ID. Trường này được dùng cho các nút mạng phân biệt các gói

tin nhận được có phải xuất phát từ cùng một nút hay không và nó được nút gửi

RREQ tăng lên sau mỗi lần truyền đi. Một cặp là duy nhất cho mỗi gói tin

RREQ và các gói tin có giá trị của BROADCAST ID lớn hơn thì mới hơn. Khi

một nút nhận được một gói tin RREQ nó sẽ ghi nhớ giá trị của trường

BROADCAST ID. Sau đó nếu nút đó tiếp tục nhận được các gói tin RREQ từ

cùng một nút nguồn thì chỉ những gói tin có giá trị BROADCAST ID lớn hơn

mà nó đã ghi nhớ mới được tiến hành xử lý. Các gói tin có giá trị nhỏ hơn sẽ bị

hủy bỏ

Trong mỗi gói tin RREQ còn có trường hop-count được dùng để ghi số

bước truyền mà gói tin đã được truyền qua.

2.3.2.3 Chuyển tiếp Route Request

25

Giả sử trường hợp một nút I nhận được một gói tin RREQ xuất phát từ nút

nguồn S, yêu cầu tìm đường tới nút đích D. Đầu tiên nút I sẽ kiểm tra giá trị của

trường BROADCAST ID nhỏ hơn hoặc bằng giá trị mà nút đã ghi nhớ trước đó,

nếu giá trị này nhỏ hơn, gói tin RREQ sẽ bị hủy bỏ. Trong trường hợp ngược lại,

nút I sẽ xử lý gói tin RREQ. Trước hết nó sẽ tạo hoặc cập nhật lại đường đi

ngược tới nút S (hình 2.6). Đường đi này được sử dụng để chuyển thông báo trả

lời - Route Reply trở lại nút S trong trường hợp đường đi tới nút D được tìm

thấy.

Sau khi một đường đi ngược được tạo ra, nút I sẽ kiểm tra xem nó có biết

một đường đi đầy đủ và cập nhật tới nút D hay không. Nếu có nút I sẽ tạo ra một

gói tin trả lời (route reply packet) và gửi ngược lại theo đường đi ngược vừa tạo

ra. Khi đó gói tin RREQ không cần phải tiếp tục phát quảng bá đi nữa. Trong

trường hợp ngược lại, nếu không biết một đường đi tới nút D, nút I sẽ tiếp tục

lan truyền gói tin RREQ. Trường TTL trong gói tin RREQ sẽ bị giảm đi một, và

nếu nó bằng 0, việc lan truyền sẽ chấm dứt. Nếu vẫn tiếp tục được lan truyền,

trường hop-count trong gói tin sẽ được tăng lên một.

Hình 2.6: Đường đi ngược được tạo ra khi RREQ lan truyền trong môi trường

2.3.2.4 Tạo Route Reply

Khi một nút mạng biết một đường đi đầy đủ và cập nhật (hoặc nó chính là

nút đích hoặc bảng định tuyến của nó có một thành phần tương ứng với nút

đích), nó sẽ tạo một gói tin trả lời RREP gửi ngược lại tới nút nguồn.

Gói tin RREP sẽ chứa địa chỉ IP của cả nút nguồn và nút đích và số thứ tự

của đường đi vừa tìm được. Gói tin này cũng có trường count và trường lifetime

(thời gian sống) chứa giá trị tương ứng với thời gian có hiệu lực của đường đi

(nếu sau khoảng thời gian đó đường đi không được sử dụng nó sẽ bị xóa).

2.3.2.5 Chuyển tiếp Route Relay

26

Như trong hình, đường đi từ nút nguồn tới nút đích (forward path) được

tạo ra khi gói tin trả lời RREP được truyền đi ngược từ nút đích về nút nguồn.

Mỗi nút nhận được gói tin RREP sẽ tạo ra trong bảng định tuyến của mình một

thành phần tương ứng với nút đích D. Hai trường số thứ tự và khoảng cách trong

thành phần mới tạo ra sẽ nhận giá trị của số thứ tự đích và trường count trong

gói tin RREP.Chặng tiếp theo là nút cuối cùng vừa chuyển tiếp gói tin RREP.

Hình 2.7: Đường đi từ nút nguồn và nút đích được hình thành.

Nếu gói tin RREP tới được nút nguồn S, nút S sẽ tạo một mục trong bảng

định tuyến tương ứng với nút đích D và tự động hủy bỏ gói tin RREQ. Tiến

trìnhDiscovery cũng kết thúc và một đường đi mới được thiết lập. [1]

2.3.3 Quản lý cục bộ

Khi một đường đi tới nút đích được hình thành, mỗi nút mạng có thể sử

dụng một số kỹ thuật để giám sát trạng thái của đường đi đó. Nói một cách khác

mỗi nút nằm trên đường đi sẽ cố gắng đảm bảo bước truyền tiếp theo trên đường

đi luôn trong trạng thái sẵn sàng. Nếu bước truyền tiếp theo ở trạng thái tích cực

thì đường đi tương ứng vẫn có giá trị. Trong trường hợp ngược lại, nút hiện thời

phải lập tức thông báo cho các nút nằm trước nó trên đường đi.

Quá trình giám sát tình trạng các tuyến trong mạng có thể được thực hiện

theo hai phương pháp khác nhau: Proactive hoặc Reactive. Đối với phương pháp

Proactive, nó sẽ sử dụng một số kiểu hoạt động dự phòng. Mỗi nút mạng sẽ liên

tục giám sát trạng thái thực tế của các nút lân cận bằng cách cập nhật bản đồ kết

nối cục bộ (local connective map).

27

Bất cứ khi nào nhận được một gói tin thông báo (broadcast packet) gửi

đến, nút hiện thời sẽ tiến hành cập nhật hoặc tạo mới thành phần trong bảng định

tuyến tương ứng với nút gửi thông báo. Thành phần này có thời gian sống –

lifetime ngắn, tương ứng với khoảngcách thời gian lớn nhất mà một nút lân cận

được cho phép giữ im lặng trước khi nút hiện thời cho rằng nút này đã mất giá

trị. Do đó, khi một nút lân cận vẫn ở trạng thái tích cực, thành phần tương ứng

với nó trong bảng định tuyến của nút hiện thời vẫn có giá trị.

Trong trường hợp lifetime hết hạn mà không có thông báo mới, nút hiện

thời sẽ cho rằng liên kết đã bị phá vỡ và thủ tục thông báo lỗi liên kết (link

failurenotification procedure) lập tức được gọi. Tuy nhiên tình trạng ''im lặng''

của một nútcó thể không phản ánh đúng trạng thái hiện tại của nó, do đó để đảm

bảo tính chínhxác, AODV còn sử dụng thêm một bản tin (message) ''hello''. Khi

không nhận được các gói tin thông báo trạng thái của các liên kết, nút hiện thời

sẽ gửi message ''hello'' đến các nút lân cận để kiểm tra tình trạng thật sự của các

nút đó.

Phương pháp giám sát thứ hai được gọi là phương pháp Reactive. Theo

phương pháp này các liên kết bị phá vỡ chỉ bị phát hiện khi có việc truyền dữ

liệu. Trong trường hợp này, lỗi liên kết được phát hiện muộn, điều này không

phù hợp với mục đích của mạng MANET bởi nó rất dễ gây ra tình trạng quá tải

cho mạng. [1]

2.3.4 Duy trì đường đi

Khi một lỗi kết nối được phát hiện, các nút mạng sẽlan truyền ngược gói

tin báo lỗi RERR (Route Error). Gói tin RERR chứa danh sách các nút đích bị

mất và số thứ tựtương ứng của chúng được tăng lên một. Khi nhận được một gói

tin RERR, các nút chịu ảnh hưởng sẽ cập nhật lại bảng định tuyến của nó.

Đối với mỗi nút đích trong gói tin RERR, nút hiện thời sẽ đặt lại giá trị

cho trường khoảng cách thành vô cùng và cập nhật trường số thứ tự bằng cách

sao chép số thứ tự của các nút tương ứng trong gói tin RERR. Ngoài ra, nếu

trường precursor của nút hiện thời chưa rỗng, gói tin RERR sẽ tiếp tục được

truyền ngược lại.

Chú ý rằng các nút sẽ chỉ cập nhật lại bảng định tuyến nếu gói tin RERR

mà nónhận được xuất phát từ bước truyền tiếp theo của nó trên đường đi tới nút

đích. Ví dụ như trong hình 2.8, nút 1' nhận được gói tin RERR thông báo đương

đi tới nút D bị lỗi. Nhưng nút 1' sẽ không cập nhật lại bảng định tuyến của nó

28

(thực tế đường đi từ 1' 26 đếnD không có sự cố ) vì gói tin RERR đó được gửi từ

nút 2, mà nút 2 không phải là bướctruyền tiếp theo của nút 1' trên đường đi tới

nút D. Do đó ở nút 1', gói tin RERR sẽ bị hủy bỏ. [1]

Hình 2.8: Lan truyền gói tin RERR

2.3.5 Thời gian hết hạn và việc hủy bỏ một đường đi

Trong mô hình AODV nếu một đường đi có trạng thái tích cực không

được sử dụng sau một thời gian nhất định nó sẽ bị hủy bỏ. Do đó nếu một đường

đi có trạng thái tích cực không được sử dụng trong thời gian cho phép

ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT thì nút hiện tại sẽ hủy bỏ bằng cách tăng số thứ

tự của đường đi và thiết lập giá trị của trường count lên thành vô cùng. Tuy

nhiên thành phần tương ứng với đường đi đó trong bảng định tuyến không bị

xóa bỏ hẳn khỏi bảng định tuyến, nó chỉ được đánh dấu hết hạn sử dụng. Trên

thực tế, thành phần này vẫn tồn tại trong bảng thêm một khoảng thời gian

DELETE_PERIOD trước khi bị xóa hoàn toàn.

Lý do đằng sau của việc có thêm một khoảng thời gian

DELETE_PERIOD là để cho nút mạng có thể giữ được số thứ tự của đường đi

đó mức lâu nhất có thể. [1]

29

CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG THUẬT TOÁN BẦY KIẾN TRONG TỐI ƯU

ĐỊNH TUYẾN MẠNG MANET

3.1. Giới thiệu

Mạng adhoc không dây (MANET) là một tập hợp các nút di động không

dây, có khả năng tự tổ chức một mạng tạm thời tùy ý. Các nút di động này có

khả năng giao tiếp với nhau mà không yêu cầu hạ tầng truyền thông cố định.

Mạng MANET có thể được thiết lập nhanh chóng để truyền thông trong các

trường hợp khẩn cấp. Nhưng trong MANET, vấn đề định tuyến rất phức tạp do

rất nhiều đặc điểm như mô hình mạng thay đổi liên tục, chất lượng dịch vụ

(QOS – Quality of Service) thay đổi theo thời điểm, tài nguyên năng lượng có

hạn…

Định tuyến trong MANET vốn đã là một vấn đề được nghiên cứu từ lâu vì

MANET là một tập hợp các nút di động có thể liên lạc qua sóng radio. Loại

mạng này hết sức linh hoạt, vì thế chúng không cần một hệ thống cơ sở hạ tầng

hay quản lý tập trung nào. Từ lý do đó, mạng MANET rất phù hợp cho các kết

nối truyền thông tạm thời. Thách thức lớn nhất trong loại mạng này là tìm đường

giữa các điểm đầu cuối truyền thông, mà lý do chính là khả năng di động của

các nút. Giao thức định tuyến trong mạng dây truyền thống chỉ có thể sử dụng

trong điều kiện đảm bảo sức mạng tính toán và băng thông cần thiết để có thể

thực hiện việc phát quảng bá trạng thái hay các thuật toán AI yêu cầu xử lý

nhiều để tối ưu hóa các vấn đề liên quan tới QOS, định tuyến đảm bảo QOS trở

thành một thách thức thực sự trong mạng MANET, vì các nút phải liên tục cập

nhật các thông tin về trạng thái kết nối. Và cũng vì bản chất linh hoạt của mạng

MANET, duy trì các thông tin về trạng thái kết nối này chính xác là rất khó

khăn.

Việc định tuyến trong các mạng là rất cần thiết vì các nút mạng không

luôn được kết nối trực tiếp. Việc của các giao thức định tuyến chính là điều

hướng luồng lưu lượng từ nguồn đến được đích, nhưng ngày nay, vì sự phức tạp

trong các mạng hiện đại, các giao thức định tuyến đều gặp phải những thách

thức nhất định. Các giao thức định tuyến càng gặp nhiều khó khăn hơn khi mà

cấu trúc mạng liên tục thay đổi và tài nguyên mạng thì có giới hạn. Điều này

càng đúng trong mạng không dây khi sự di động của các nút và các liên kết thất

bại tạo ra các thay đổi liên tục trong cấu trúc mạng. Các giao thức định tuyến

thiếu khả năng thích nghi với sự thay đổi cấu trúc liên tục, tài nguyên có hạn và

30

năng lượng có hạn sẽ làm giảm khả năng hoạt động của mạng nói chung. Yêu

cầu thực tế về QOS đã liên tục tăng khi Internet liên tục mở rộng.

Định tuyến đảm bảo QOS là các kỹ thuật định tuyến mà nhờ đó các tuyến

đường được định ra dựa trên khả năng của tài nguyên trong mạng cũng như các

yêu cầu về QOS của hệ thống. Mục đích chính của kỹ thuật này là: xác định các

tuyến đường có thể di chuyển được với các ràng buộc về chi phí đường đi, các

lựa chọn có thể đưa ra một cách linh động, sự tối ưu về tài nguyên để cải thiện

thông lượng mạng và hệ thống hoạt động giảm tải trong các giai đoạn quá tải để

đảm bảo thông lượng ổn định. Các chiến lược đảm bảo QOS được chia thành:

Định tuyến nguồn, định tuyến phân tán và định tuyến phân cấp.

Định tuyến đảm bảo QOS trong mạng MANET càng trở nên thách thức

hơn khi mà các nút phải cập nhật các thông tin về trạng thái kết nối. Và cũng vì

bản chất linh hoạt của mạng MANET, duy trì các thông tin trạng thái kết nối

chính xác rất khó khăn.

Vấn đề cuối cùng là các tài nguyên định tuyến được lưu trữ cũng có thể

không được đảm bảo vì sự di chuyển của các nút làm hỏng các quãng đường hay

việc hết năng lượng của các nút. Định tuyến đảm bảo QOS cần phải nhanh

chóng tìm ra một tuyến đường mới để tiếp tục cung cấp dịch vụ.

3.2. Thuật toán tối ưu bầy kiến nhân tạo

ACO là một cách tiếp cận ngẫu nhiên để giải quyết vấn đề tối ưu tổ hợp

như định tuyến trong một mạng máy tính. Ý tưởng của việc tối ưu bắt nguồn từ

việc quan sát loài kiến tối ưu việc thu thập thức ăn trong tự nhiên. Thuật toán tối

ưu bầy kiến sử dụng các con kiến nhân tạo (tượng trưng) để từ từ tạo lên một

cách giải quyết vấn đề tối ưu. Chúng ta có thể giải thích thuật toán này bằng

hình vẽ minh họa dưới đây.

31

Hình 3.1: Mạng bầy kiến

Con đường ngắn nhất trong hình vẽ nói trên là 1-3-8. Cho dù một vài con

kiến sẽ đi theo nhiều con đường khác nhau nhưng nồng độ mùi trên 1-3-8 sẽ là

đậm đặc nhất và vì thế số lượng kiến đi theo con đường này sẽ là nhiều nhất. Vì

đây là con đường ngắn nhất, số kiến đi trên con đường này sẽ về tổ nhanh nhất

và làm cho mùi đặc trưng trên đoạn đường này khó phai nhất, và những con kiến

khác sẽ đi theo đường có mùi nồng nhất.

Bất cứ dữ liệu nào muốn đi từ nguồn tới đích sẽ phải đi qua những nút

trung gian (có thể là nút chủ hoặc các nút bình thường). Chúng ta có thể thấy

việc này giống như việc loài kiến di chuyển từ tổ tới nguồn thức ăn. Ưu tiên của

chúng ta là tạo ra một kỹ thuật mà từ đó “mùi đặc trưng” có thể triển khai một

cách nhân tạo để thực hiện mục đích. Chúng ta sẽ gửi các gói tin theo một mô

hình chủ động. Trong mô hình này, các gói tin sẽ không đi theo các điều kiện

lập trình mà nó có thể tự tạo ra lựa chọn và quyết định thực hiện dựa trên việc

chúng ta triển khai hệ thống mùi đặc trưng như thế nào.

Thuật toán siêu hình ACO dựa trên một vấn đề chung và định nghĩa hành

vi loài kiến trong hình 3.2. ACO áp dụng đặc tính có từ lâu đời của loài kiến.

Khi có nhiều con đường có thể đi từ tổ tới tức ăn, ban đầu các con kiến sẽ đi một

cách ngẫu nhiên. Trên con đường đi, chúng phát lại một loại hóa chất gọi là mùi

đặc trưng, mùi này sẽ đánh dấu tuyến đường con kiến đó đã đi. Sau đó, các con

kiến sau sẽ đi theo những con đường có mức độ mùi cao hơn đồng thời vẫn tiếp

tục gia tăng nồng độ mùi trên tuyến đường đó. Từ kết quả của quá trình này, lời

giải nhanh chóng có thể xuất hiện.

32

Để mô tả hành vi này, chúng ta sẽ xem xét hình 3.2. Một số kiến sẽ đi

theo đường thẳng từ tổ kiến A tới nguồn thức ăn B (Hình 3.2a) . Vào một

khoảng thời gian nhất định, một vật cản được đặt giữa đường sao cho phía (C) sẽ

dài hơn phía (D) (Hình 3.2b). Những con kiến sẽ phải quyết định mình sẽ đi

đường nào: C hoặc D. Những con đầu tiên sẽ chọn ngẫu nhiên một đường và

phát ra lượng mùi khi chúng đi qua. Những con đi theo đường ADB (hay BDA)

sẽ tới đích sớm hơn (và cũng sẽ để lại nhiều mùi hơn) trước khi những con đi

theo đường ACB (hoặc BCA). Những con kiến sau đó sẽ đi theo tuyến đường

ADB vì mùi ở đây có nồng độ cao hơn thay vì ACB. Sau đó những con kiến có

thể tìm được con đường ngắn nhất. Trong trường hợp của chúng ta, con kiến

nhân tạo sẽ tạo ra một lượng mùi: Hτi, j chỉ khi đã hoàn thành tuyến đường và

đoạn đường này không dài hơn đoạn đường đã có. Lượng mùi này là một hàm

của chất lượng đường đi.

Hình 3.2: Hành vi bầy kiến tìm thức ăn

Mùi đặc trưng ở đây là một thứ có thể thay đổi cũng như biến mất. Một

con kiến sẽ làm thay đổi nồng độ mùi trên đường (i, j) khi đi từ nút i tới nút j

như sau: [6]

τi,j = σ . τi,j +Hτi,j …………………

Trong đó σ là hệ số bốc hơi của mùi. Hệ số này phải < 1 để tránh việc

tích lũy mùi cũng như hội tụ sớm. Ở một điểm i, một con kiến chọn đi theo

đường j, theo xác suất dưới đây:

Pi,j = ((τi,j) α(ɳi,j) β) / ( Ʃ(i,k) ϵ C(τi,k) α (ɳi,k) β)…………

Trong đó :

33

τi,j: là nồng độ mùi trên quãng (i,j)

ηi,j: là tầm nhìn của con kiến trên đoạn (i,j) ( con kiến cho rằng có thức ăn ở

đây)

α và β : là các tham số điều khiển sự quan trọng tương đối giữa nồng độ mùi

với tầm nhìn của con kiến.

C : thể hiện tập các con đường từ điểm i ( tập (i,k) là đường của C)

3.2.1 Định tuyến sử dụng ACO (Ant colony Optimization)

Việc định tuyến trong mạng MANET là một vấn đề khó khăn vì các đặc

điểm về mạng như băng thông giới hạn, mô hình mạng thay đổi theo thời gian

và khó đoán. Việc phân tán định tuyến mạng cũng rất phù hợp với việc sử dụng

nhiều agent (Con kiến) trong thuật toán ACO. Mạng nói trên có thể mô tả bằng

một mô hình trong đó các đỉnh tương ứng với các con kiến và cái cạnh tương

ứng là các quãng đường đi giữa các đỉnh. Từ đó, việc định tuyến trong mạng chỉ

là việc tìm đường đi ngắn nhất giữa các nút trong biểu đồ và có thể thực hiện dễ

dàng bằng thuật toán bầy kiến.

3.2.2 Một số đặc tính của ACO trong việc định tuyến

Các đặc tính cốt lõi giúp ACO trong việc định tuyến :

Cung cấp định tuyến dựa trên hệ số sử dụng đường truyền (thông

lượng/băng thông) và định tuyến đa đường

Phụ thuộc vào cả thu thập và theo dõi dữ liệu chủ động và bị động

Tận dụng yếu tố ngẫu nhiên.

Không để các ước tính cục bộ ảnh hưởng toàn bộ.

Tạo dựng những đường đi khách quan hơn cách tìm đường ngắn nhất

truyền thông cho phép cân bằng tải.

3.3. Thuật toán OLSR

Thuật toán OLSR là một thuật toán định tuyến trạng thái liên kết chủ động

hoặc theo bảng. Nó được giới thiệu bởi nhóm chuyên gia IETF MANET dành

cho mạng MANET để đảm bảo sự chính xác và ổn định. Các thuật toán định

tuyến trạng thái liên kết chọn tuyến đường tốt nhất bằng việc xác định các đặc

điểm như băng thông liên kết, độ trễ… Các tuyến đường trạng thái liên kết đáng

34

tin cậy hơn ổn định và chính xác hơn trong việc tính toán tuyến đường tốt nhất.

Để cập nhật mô hình mạng trên các nút, các tin nhắn cập nhật định kì được gửi

quảng bá trong toàn mạng. Các trạm chuyển tiếp được sử dụng để truyền tin

điều khiển trên mạng. Tính toán tuyến đường được thực hiện trên các trạm này

để hình thành tuyến đường tới bất kỳ điểm đích nào trong mạng. Giao thức

OLSR được phát triển để hoạt động độc lập với các giao thức khác. Về mặt

nguyên tắc, OLSR chứa 3 yếu tố chung nhất: Một kỹ thuật để cảm nhận nút liền

kề, một phương thức để truyền tải toàn bộ thông tin điều khiển và một quy tắc

về việc chọn và khếch tán thông tin về mô hình mạng để tạo lập tuyến đường tối

ưu.

3.3.1. Cảm nhận nút liền kề

Trong OLSR, thông tin từ các nút liền kề được gửi trong mạng theo chu

kỳ bằng các tin nhắn “ HELLO”. Những tin nhắn “HELLO” giúp phát hiện

thay đổi trong các nút lân cận và các thông tin liên quan như là địa chỉ giao diện,

loại đường dẫn đối xứng, bất đối xứng và danh sách cái nút lân cận. Mỗi nút cập

nhật và duy trì một danh sách thông tin, mô tả các nút lân cận và các nút cách

hai bước nhảy theo kiểu định kì.

3.3.2. Các trạm chuyển tiếp đa điểm (MPR)

Ý tưởng của các trạm chuyển tiếp đa điểm để giảm tối thiểu chi phí gửi

kiểu phát tràn (flooding) toàn bộ gói tin trong mạng bằng việc bằng việc giảm

các việc truyền lại các gói tin thừa. Trong truyền tin đa điểm, một nút được chọn

bởi một nút liền kề để truyền lại các gói tin quảng bá mà nó đã nhận từ một nút

khác, nếu gói tin đó chưa từng được truyền trước đây và thời gian sống của gói

tin đó lớn hơn một. Trong giao thức OLSR, chuyển tiếp đa điểm sử dụng các tin

nhắn “HELLO” để tìm các nút lân cận hoặc gần lân cận (cách 2 bước nhảy -

hop) nhờ phản hồi của chúng. Mỗi nút có một tập các lựa chọn trạm chuyển tiếp,

bản thân nó cũng là một trạm chuyển tiếp. Gói tin được truyền tiếp sau khi nút

nhận được một gói tin và địa chỉ nguồn gói tin được lưu trong tập lựa chọn. Tập

lựa chọn được cập nhật định kì nhờ các tin nhắn “HELLO” từ các nút lân cận vì

bản chất linh hoạt của MANET.

3.3.3. Thông tin kiểm soát cấu trúc

Các thông tin kiểm soát cấu trúc cũng được lan truyền với mục đích cho

các nút trong mạng để cung cấp thông tin về trạng thái liên kết cho phép tính

toán định tuyến. Các thông tin này được truyền quảng bá định kì bởi 1 nút.

35

Giống như gói tin “HELLO”, các gói tin kiểm soát cấu trúc này được gửi cho

toàn bộ mạng.

3.3.4. Tìm đường định tuyến

Để hoạt động một cách phân tán, OLSR không có một đơn vị xử lý tập

trung nào cả. Mỗi nút sẽ đóng vai trò 1 trạm chuyển tiếp đa điểm, chịu trách

nhiệm truyền gói tin điều khiển bằng phương pháp tràn tin (Flooding). Mỗi nút

duy trì một thông tin về cấu trúc hệ thống trong khi các trạm chuyển tiếp khác sẽ

tìm ra một con đường tới đích bằng việc thông báo và trao đổi thông tin với các

trạm khác. Tin nhắn “HELLO” được phát quảng bá theo chu kỳ cho các nút lân

cận để phát hiện và lựa chọn. Nó chứa các thông tin về chu kỳ gửi của trạm hiện

tại và cũng chứa các thông tin về sự sẵn sàng truyền tin. Các thông tin về mỗi

nút là dạng của liên kết, địa chỉ giao diện, và dạng nút liền kề. Các nút liền kề có

các dạng: đối xứng, một trạm MPR khác hoặc không phải liền kề. Dạng của liên

kết thể hiện xem đó có phải một liên kết đối xứng, bất đối xứng hoặc liên kết đã

hỏng. Một nút được chọn làm một trạm chuyển tiếp nếu liên kết với các nút bên

cạnh nó là đối xứng. Một nút xây dựng lên một bảng định tuyến 1 bước nhảy với

các thông tin nhận từ tin “HELLO”. Nó sẽ bỏ qua các gói tin có cùng số

sequence number để loại bỏ lặp. Các nút sẽ cập nhật bảng định tuyến khi các nút

liền kề có thay đổi hoặc đường đi đã bị hỏng. OLSR không yêu cầu gửi tuần tự

các gói tin vì các gói điều khiển đã chứa một dãy sequece number được tăng dần

cho mỗi gói.

3.3.5. Định tuyến từ nguồn

Rất nhiều đường đi có thể tính toán ra giữa một cặp nguồn và đích, và

chúng độc lập với nhau thậm chí không có điểm nút nào chung. Tuy nhiên, vì

đặc tính của nút tiếp theo trong OLSR, nút có thể gửi dữ liệu dựa theo bảng định

tuyến của riêng nó, và nếu nút tiếp theo chưa phải đích, nguồn sẽ tiếp tục gửi, và

sẽ đi theo nhiều con đường khác nhau. Để tránh vấn đề cho việc định tuyến nút

tiếp theo trong giao thức OLSR chuẩn, chúng ta dùng nút nguồn trong việc việc

định tuyến đa đường. Khi một nút tính toán một đường đi, đường đi này được

lưu lại trong bảng định tuyến. Khi nguồn gửi dữ liệu theo đường đó, nó thêm

nguồn vào IP header của dữ liệu. Từ đó, nút chuyển tiếp chỉ cần lấy dữ liệu từ IP

HEADER của dữ liệu để truyền tin thay vì phải tính toán lần nữa theo giao thức

OLSR chuẩn.

36

3.4. Triển khai thuật toán ACO

Thuật toán được đưa ra chia thành 2 giai đoạn: Giai đoạn tìm đường và

giai đoạn duy trì đường định tuyến. Khi một nút nguồn muốn truyền dữ tới một

đích với một yêu cầu về QOS nhất định, nó bắt đầu giai đoạn tìm đường. Một

khi đường này đã được tìm ra, quá trình truyền dữ liệu sẽ bắt đầu. Trong khi

truyền dữ liệu, yêu cầu về việc duy trì đường truyền dữ này sẽ được đặt ra. Đặc

biệt là trong mạng MANET, việc duy trì này càng quan trọng, đó là lúc giai

đoạn 2 bắt đầu.

3.4.1. Giai đoạn tìm đường định tuyến

Giả sử nguồn S có dữ liệu cần gửi tới đích D với QoS yêu cầu tốc độ

truyền cao hơn, độ trễ thấp, và băng thông lớn hơn. Một danh sách các nút đã

được con kiến đi qua (danh sách đã thăm) sẽ được tạo ra chứa quãng đường định

tuyến từ nguồn tới đích.

Bước 1. Chọn nút nguồn làm điểm đầu tiên, danh sách nút đã thăm sẽ

được khởi tạo từ đây.

Bước 2. S sẽ tạo một con-kiến-tìm-đường tới đích D qua các nút liền kề

chỉ cách nó 1 bước đi từ S. Con-kiến-tìm-đường này chứa địa chỉ nguồn S, địa

chỉ đích D, đã đi được bao nhiêu bước và lượng thông tin.

Bước 3. Sau đó "nồng độ mùi đặc trưng" [trang 32/LVCH] của tất cả các

nút liền kề sẽ được tính toán. Mỗi nút i sẽ duy trì một bảng PMTab, đây là bảng

chứa nồng độ mùi đặc trưng trên liên kết từ (i, j).

Bước 4. Tính nồng độ mùi của các nút cách nguồn 2 bước đi.

Bước 5. Tính toán xác suất chọn đường đi Pi,j của mỗi đường bắt đầu từ

nguồn S dựa trên nồng độ mùi trên mỗi nút [trang 32,33/LVCH].

Một nút j từ một tập các nút liền kề (j, k…. n) của i sẽ được chọn làm

MPR (trạm chuyển tiếp) để chuyển tiếp gói tin từ i sao cho đường này có xác

suất lớn hơn các đường khác.

Bước 6. Nếu đường đi này được chọn, nó được lưu lại trong hệ thống.

Bước 7. Khi con-kiến-tìm-đường tới được đích D, nó sẽ trở thành con-

kiến –phản-hồi và được gửi lại nguồn ban đầu. Con-kiến-phản-hồi sẽ đi đường

ban đầu nó đã đi nhưng theo chiều ngược lại.

37

Bước 8. Tập các đường có xác suất (nồng độ mùi đặc trưng) cao hơn sẽ

được coi là tuyến đường đối ưu và dữ liệu có thể được truyền theo đường đó.

3.4.2. Giai đoạn duy trì đường định tuyến

Trong suốt quá trình truyền tin diễn ra, đoạn đường liên tục được tăng

cường nồng độ mùi đặc trưng làm nó càng nổi bật trong những lần lựa chọn tiếp

theo. Trong phiên làm việc, tải trên quãng đường này cũng tăng lên có thể gây ra

trì hoãn và băng thông phục vụ thấp hơn. Nút có thể gặp phải tình trạng lỗi liên

kết. Trong các trường hợp như thế, xác suất của tuyến đường đó sẽ giảm tự động

và các tuyến đường thay thế có thể được sử dụng vì giai đoạn tìm đường vẫn

tiếp tục. Các tuyến đường thay thế vẫn được kiểm tra định kì cho dù chúng đang

không được sử dụng.

3.5.Kết luận

Chiến lược định tuyến trên có thể được tối ưu để hỗ trợ truyền thông đa

phương tiện trong mạng MANET dựa trên thuật toán ACO. Sự phức tạp chính

trong mạng MANET là việc duy trì QOS trong khi mô hình mạng liên tục thay

đổi, thiếu đi sự tập trung xử lý, QOS phụ thuộc thời điểm,… Thách thức còn tồn

tại trong mạng MANET là tìm một đường đi giữa các điểm đầu cuối thỏa mãn

QOS cho người dùng và được giữ ổn định và liên tục. Thuật toán đã đưa ra bao

gồm cả những thành phần chủ động và bị động. Trong quá trình thiết lập tuyến

đường, một lựa chọn cho nhiều đường khác nhau có thể đưa ra để có thể tìm

được một tuyến đường giữa nguồn và đích trong quá trình truyền tin. Để dữ liệu

đa phương tiện có thể truyền, chúng ta cần những tuyến đường ổn định, không

có lỗi và để những tuyến đường như thế liên tục được theo dõi và cải thiện một

cách chủ động. Giải pháp được đưa ra dựa trên bản năng của loài kiến để tìm

kiếm nhiều tuyến đường giữa nguồn và đích. Những con kiến agent được sử

dụng để chọn nhiều nút và những nút đó lại sử dụng những con kiến agent để tạo

lập kết nối tạm thời. Trong tương lai, công việc này có thể sử dụng trong việc

mở rộng truyền phát đa hướng sử dụng trong cân bằng tải cũng như tiết kiệm

năng lượng.

CHƯƠNG 4. Định tuyến đảm bảo QoS trong Manets dựa trên thông số vị

trí và năng lượng

4.1. Tổng quan

Mobile Adhoc là một mạng lưới có tính năng động cao. Chất lượng dịch

vụ (QoS) trong nhiều mạng lưới thường bị giới hạn bởi sự cố đứt mạng do tính

38

di động cửa các nút hoặc do sự suy giảm năng lượng cửa các node di động.

Ngoài ra, để đáp ứng các tham số chất lượng nhất định, cần có sự hỗ trợ trong

việc phân phối lưu lượng dẫn và độ tin cậy tối ưu trong trường hợp bị mất

đường truyền. Do đó, để giải quyết vấn đề như trên, tôi xin trình bày giao thức

Định tuyến đa đường node rời rạc có xét đến liên kết và ổn định node. Số liệu

được sử dụng được chọn hướng đến sự ổn định của các nodevà các liên kết

tương ứng.

4.2. Giới thiệu

Mạng MANET là tập hợp các node di động / bán di động không có cơ sở

hạ tầng được thiết lập sẵn trước đó, hình thành nên một mạng lưới tạm thời. Mỗi

node di động trong mạng hoạt động như một bộ định tuyến. Các mạng như vậy

được đặc trưng bởi: cấu trúc liên kết động, sự tồn tại của các băng thông bị hạn

chế và liên kết dung lượng giá trị, các hoạt động bị hạn chế năng lượng và rất dễ

bị đe dọa bảo mật.Do các lý do như trên, định tuyến là một vấn đề lớn trong

mạng ad hoc. Các giao thức định tuyến cho mạng MANET đã được phân loại là:

Các giao thức định tuyến chủ động / điều khiển bảng, ví dụ: Vector

khoảng cách tuần tự điểm đến (DSDV), Định tuyến trạng thái liên kết được tối

ưu hóa (OLSR). Trong định tuyến chủ động, mỗi node có một hoặc nhiều bảng

chứa thông tin mới nhất của các tuyến đến bất kỳ node nào trong mạng.Mỗi

hàng của bảng có bước nhảy tiếp theo để tiếp cận một node / mạng con và chi

phí của tuyến đường này. Các giao thức điều khiển bảng khác nhau về cách mà

thông tin thay đổi cấu trúc liên kết được truyền qua tất cả các node trong mạng.

Hai loại cập nhật bảng trong các giao thức chủ động là cập nhật định kỳ và cập

nhật được kích hoạt. Định tuyến chủ động có xu hướng lãng phí băng thông và

năng lượng trong mạng do phải phát các bảng / cập nhật định tuyến. Hơn nữa,

khi số lượng nút trong MANET tăng lên, kích thước của bảng sẽ tăng lên; điều

này có thể trở thành một vấn đề trong chính nó.

Các giao thức định tuyến kiểu phản ứng / theo yêu cầu, ví dụ: Giao thức

định tuyến nguồn động (DSR), Giao thức định tuyến Vector khoảng cách theo

yêu cầu (AODV), Thuật toán định tuyến theo thứ tự tạm thời(TORA). Chúng

không bảo trì hoặc liên tục cập nhật bảng lộ trình của mình với cấu trúc liên kết

tuyến mới nhất. Thay vào đó, khi một node nguồn muốn truyền thông điệp, nó

sẽ đưa một truy vấn vào mạng để khám phá tuyến đường đến điểm cuối.Tuyến

được phát hiện sẽ được duy trì cho đến khi node cuối cùng trở nên không thể

truy cập được hoặc cho đến khi tuyến không còn mong muốn kéo dài hơn nữa.

39

Các giao thức trong lớp này khác nhau trong việc xử lý các bộ đệm tuyến và

trong cách xử lý các tuyến khám phá và tuyến hồi đáp. Các giao thức phản ứng

thường được coi là hiệu quả khi phát hiện tuyến được sử dụng khá ít khi so với

truyền dữ liệu. Mặc dù cấu trúc liên kết mạng thay đổi linh hoạt, tắc nghẽn lưu

lượng mạng sinh ra bởi bước khám phá tuyến đường thấp hơn so với tổng băng

thông truyền thông.

Các giao thức định tuyến kiểu hỗn hợp, ví dụ: Giao thức định tuyến vùng

(ZRP), Giao thức định tuyến hỗn hợp Ad hoc (HARP)... Cả hai giao thức chủ

động và phản ứng hoạt động đều tốt cho các mạng lưới có số lượng node

nhỏ.Khi số lượng node tăng lên, các giao thức phản ứng / chủ động hỗn hợp

được sử dụng để đạt được hiệu suất cao hơn. Các giao thức hỗn hợp cố gắng để

đồng hóa các lợi thế của các giao thức hoàn toàn chủ động và giao thức phản

ứng. Chất lượng dịch vụ (QoS) dựa trên định tuyến được định nghĩa trong RFC

2386 là "Cơ chế định tuyến theo đó các đường dẫn cho luồng được xác định dựa

trên một số kiến thức về tính sẵn có của tài nguyên trong mạng cũng như yêu

cầu QoS của luồng.Mục tiêu chính của QoSdựa trênđịnh tuyến là: Xác định

động các đường dẫn khả thi để điều chỉnh QoS của luồng đã cho theo các ràng

buộc như chi phí đường dẫn, lựa chọn nhà cung cấp, v.v ... sử dụng tối ưu tài

nguyên để cải thiện tổng thông lượng mạng và suy giảm hiệu suất trong điều

kiện quá tải cho thông lượng tốt hơn.

Chiến lược định tuyến QoS được phân loại là định tuyến nguồn, định

tuyến phân tán và định tuyến phân cấp bậc.QoSdựa trên định tuyến trở nên khó

khăn trong MANET, vì các node sẽ giữ thông tin cập nhật về trạng thái liên

kết.Ngoài ra, do tính chất động của MANET, việc duy trì thông tin trạng thái

liên kết một cách chính xác là vô cùng khó khăn. Cuối cùng, tài nguyên dành

riêng có thể không được đảm bảo do sự cố đứt đường di động hoặc mất điện của

máy chủ di động. Định tuyến QoS sẽ nhanh chóng tìm ra một tuyến mới khả thi

để phục hồi dịch vụ. Phần trình bày trong mục này là thiết kế một kỹ thuật định

tuyến, xem xét cùng lúc cả ba vấn đề kể trên bằng cách duy trì sự cân bằng giữa

khả năng di chuyển và hạn chế năng lượng trong MANETs.

4.3. Giao thức nguồn động (DSR - Dynamic Source Routing)

Định tuyến nguồn động (DSR) là giao thức định tuyến đơn hướng phản

ứng sử dụng thuật toán định tuyến nguồn. Trong thuật toán định tuyến nguồn

động, mỗi gói dữ liệu chứa đầy đủ thông tin định tuyến để đến điểm cuối cùng,

40

Trong DSR, mỗi node cũng duy trì bộ đệm tuyến duy trì thông tin tuyến đường

mà nó đã học.

Có hai giai đoạn chính trong DSR, giai đoạn khám phá tuyến đường và

giai đoạn bảo trì tuyến đường. Khi một nút nguồn muốn gửi một gói, trước tiên,

nó sẽ kiểm tra bộ đệm tuyến. Nếu định tuyến được yêu cầu đã sẵn sàng, thì node

nguồn sẽ gói hết thôngtin định tuyến vào bên trong của data trước khi gửi nó đi.

Mặt khác, node nguồn bắt đầu một hoạt động khám phá tuyến bằng cách phát

các gói yêu cầu định tuyến. Gói yêu cầu định tuyến chứa địa chỉ của cả nguồn và

đích và một số duy nhất (request ID) để xác nhận yêu cầu. Khi nhận gói yêu cầu

định tuyến, một node sẽ kiểm tra bộ đệm tuyến. Nếu node không có thông tin

định tuyến cho điểm cuối cùng được yêu cầu, nó sẽ thêm địa chỉ của chính nó

vào trường bản ghi tuyến của gói yêu cầu định tuyến. Sau đó, gói yêu cầu được

chuyển tiếp đến điểm đến tiếp theo của nó.

Để hạn chế tổng chi phí giao tiếp của các gói yêu cầu định tuyến, một

node xử lý gói tin yêu cầu định tuyến, địa chỉ của nó không được trình bày trong

trường bản ghi định tuyến. Nếu gói yêu cầu định tuyến đến node đích hoặc một

node trung gian có thông tin định tuyến đã đến điểm cuối cùng, gói phản hồi

định tuyến sẽ được tạo. Khi gói phản hồi định tuyến được tạo bởi điểm cuối

cùng, nó sẽ bao gồm địa chỉ của các node đã được duyệt qua gói yêu cầu định

tuyến. Mặt khác, gói phản hồi định tuyến bao gồm các địa chỉ của các node mà

gói yêu cầu định tuyến đã đi qua được kết nối với định tuyến bên trong bộ đệm

định tuyến của node trung gian. [5]

4.4. Vấn đề phát sinh

Do các node trong mạng MANET được cấp năng lượng (nuôi) bằng pin.

Vì vậy, nó bị ràng buộc bởi các vấn đề về mức năng lượng bị hạn chế. Ngoài ra,

khi các node trong mạng lưới đang di chuyển, nếu một node di chuyển ra khỏi

phạm vi truyền của node khác, thì liên kết giữa chúng sẽ bị phá vỡ. Vì vậy, trong

một môi trường như vậy, có hai lý do chính của sự cố liên kết:

a) Nodekhông hoạt động vì hết năng lượng

b) Node di chuyển ra khỏi phạm vi của node lân cận

Do đó, để đạt được sự ổn định của định tuyến trong MANET, thì cả ổn

định liên kết và ổn định node là điều cần thiết.

41

Các kỹ thuật được đề cập ở trên suy xét một trong hai vấn đề đó là kỹ

thuật định tuyến đa luồng mà bỏ qua vấn đề ổn định định tuyến. Phần việc trong

đo lường chất lượng định tuyến theo tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR (Signal to

Noise Ratio), cung cấp các liên kết đáng tin cậy, nhưng tính ổn định của toàn bộ

mạng không được đề cập tới. Mặc dù sử dụng thời gian tồn tại của một node làm

số liệu tổng quát, nhưng nó không đề cập tới các vấn đề về tính di động và năng

lượng rất quan trọng đối với ước tính thời gian tồn tại của hệ thống mạng.

Ngoài ra, có rất nhiều định tuyến có thể để gửi một gói từ một nguồn đến

điểm cuối cùng. Các tuyến này có thể là liên kết tách rời hoặc node tách rời.Các

giao thức node rời rạc có một lợi thế là chúng ngăn chặn sự mất năng lượng

nhanh của một node là thành viên của luồng đa liên kết bị tách rời. Do đó, một

kỹ thuật tìm thấy đa luồng tách rời nút đề cập tới cả độ ổn định đã được đề xuất

của cả liên kết và node

4.5. Phương pháp sử dụng

Để đo độ ổn định của liên kết và node cùng 1 lúc sẽ sử dụng hai số liệu,

Thời gian hết hạn liên kết (LET - Link Expiration Time) và Tốc độ cạn kiệt

năng lượng (EDR - Energy Drain Rate). Hai số liệu này có thể được sử dụng để

tạo ra một số liệu tổng hợp theo dõi mức độ ổn định của toàn bộ đường dẫn.

Yếu tố di động: Thời gian hết hạn liên kết do yếu tố di động (LET) đã

được đề xuất bằng cách sử dụng các tham số chuyển động (vận tốc, hướng) của

các node. Nói rằng nếu r là khoảng cách truyền giữa hai node i và j, (xi, yi) và

(xj, yj) là tọa độ vị trí và (vi, i) và (vj, j) là (vận tốc, hướng) chuyển động của các

node. LET được định nghĩa là: [5]

LET=-(ab+cd) +Q/(a2 +c2 ) (1)

Trong đó, Q= 22 2 2 a c r ad bc } and,

a= vi Cosθi – vj Cosθj

b= xi-xj

c= vi Sinθi – vj Sinθj

d= yi –yj

Các tham số chuyển động được trao đổi giữa các node theo các khoảng

thời gian thông thường thông qua GPS.Tham số trên cho thấy rằng nếu hai nút

42

có vận tốc tương đối bằng 0 và i, e, vi = vj và θi = θj thì liên kết sẽ tồn tại mãi

mãi, vìLET sẽ là ∞.

Yếu tố năng lượng: Khi áp dụng các thuật toán định tuyến dựa trên

mứcnăng lượng của nút, việc gửi khối lượng dữ liệu lớn xảy ra trêntuyến được

chọn với mức năng lượng tối đa. Do đó, các node có mức năng lượng hiện tại

cao hơn nhiều sẽ bị cạn kiệt năng lượng pin từ rất sớm. Node di động cũng mất

một phần năng lượng do ảnh hưởng các nút lân cận. Do đó, một node cũng có

thể bị mất năng lượng trong một khoảng thời gian ngay cả khi không có lượng

dữ liệu nào được gửi qua nó. Xem xét tất cả các yếu tố này, một số liệu được gọi

là tốc độ cạn kiệt năng lượng (EDR- EnergyDrain Rate) đã được đề xuất, Drain

Rate của node được định nghĩa là tốc độ tiêu tán năng lượng của 1 node. Các

node tính toán tổng mức tiêu thụ năng lượng của nó sau mỗi T giây và ước tính

EDR, Tốc độ thoát thực tế được tính bằng cách tính trung bình theo cấp số nhân

của các giá trị của EDRold và EDRnew như sau: [5]

EDRi=αEDRold+ (1-α)EDRnew

Trong đó, 0 <α <l, có thể được chọn để ưu tiên cao hơn cho thông tin cập

nhật. Do đó, Tốc độ thoát năng lượng càng cao, node càng nhanh cạn kiệt năng

lượng.

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]

Mục đích chính của công việc được đề xuất là tìm nhiều tuyến với các

node tách rời từ nguồn đến điểm cuối cùng đã cho. Các tuyến được chọn sao cho

tất cả các liên kết của các tuyến đều có độ ổn định cao. Điều này sẽ tăng thời

gian tồn tại của tuyến. Ngoài ra, nó theo dõi băng thông tuyến đường có thể sử

dụng thêm được bởi nguồn để chọn các tuyến tối ưu. Từ các yếu tố Thời gian

hết hạn liên kết (LET) và Tốc độ thoát năng lượng (EDR) suy ra rằng liên kết ổn

định:

a) Phụ thuộc trực tiếp vào yếu tố di động

b) Phụ thuộc ngược vào yếu tố năng lượng

Do đó, Mức độ ổn định liên kết LSD (Link Stability Degree) được định

nghĩa là [5]

LSD = Yếu tố di động / Yếu tố năng lượng

43

LSD xác định mức độ ổn định của liên kết. Giá trị của LSD càng cao, độ

ổn định của liên kết càng caovà lớn hơn là thời gian tồn tại của nó. Do đó, một

tuyến có tất cả các liên kết với LSD> LSD yêu cầu thì là định tuyến khả thi.

Trong bài viết sẽ lựa chọn giao thức Định tuyến nguồn động (DSR) được

thực hiện đối với các gói Yêu cầu định tuyến (RREQ) và phản hồi định tuyến

(RREP) để cho phép phát hiện các luồng ổn định liên kết tách rời node.

Đề xuất có ba giai đoạn:

1. Phát hiện định tuyến

2. Lựa chọn định tuyến

3. Bảo trì định tuyến

Các giai đoạn được mô tả như sau:

4.6.1. Phát hiện định tuyến

Node nguồn khi cần gửi gói đến một số nút cuối, bắt đầu quy trình phát

hiện định tuyến bằng cách gửi gói Yêu cầu định tuyến (RREQ)tới tất cả các

điểm lân cận của nó. Trong phương pháp này, nguồn không được phép duy trì

bộ đệm tuyến trong một thời gian dài, vì điều kiện mạng thay đổi rất thường

xuyên về vị trí và mức năng lượng của các node. Do đó, khi một node cần định

tuyến đến điểm cuối cùng, nó sẽ khởi tạo gói Yêu cầu định tuyến(RREQ), được

phát đến tất cả các điểm lân cận thỏa mãn điều kiện phát sóng.

Gói yêu cầu định tuyến (RREQ) của DSR được mở rộng dưới dạng

RREQ của NDMLNR thêm hai trường bổ sung là LSD và Băng thông như trong

hình 4.1. RREQ chứa trường Type, trường địa chỉ nguồn, trường địa chỉ đích,

nhận dạng duy nhất trường số, trường hop, LSD, Băng thông (băng thông tích

lũy), trường Time -to Live và trường luồng.

Trường loại (T - Typefield): Nó cho biết loại gói tin,

Trường SA-Source Adress: Nó mang địa nguồn chỉ của node.

Trường ID: số nhận dạng duy nhất được tạo bởi nguồn để xác định gói.

Trường DA- Destination Address: Nó mang địa chỉ đích của node.

Trường Time To Live (TTL): Nó được sử dụng để giới hạn thời gian tồn

tại của gói, ban đầu, theo mặc định, nó chứa không.

44

Trường hop (chặng, bước nhảy): Nó mang số đếm hop; giá trị của số bước

nhảy được tăng thêm một cho mỗi node thông qua đó gói đi qua. Ban đầu, theo

mặc định, trường này chứa giá trị bằng 0.

Trường LSD: Khi gói đi qua một node, giá trị LSD của nó với node mà nó

đã nhận gói này được cập nhật trong trường LSD. Ban đầu, theo mặc định,

trường này chứa giá trị bằng 0.

Trường băng thông (Bandwidth) chứa băng thông tích lũy của các liên kết

mà nó đi qua;ban đầu, theo mặc định, trường này chứa giá trị bằng 0.

Trường đường dẫn (Path): Nó mang các tích lũy đường dẫn, khi gói đi

qua một node; địa chỉ của nó được nối vào cuối trường này.

Hình 4.1:Gói RREQ.

Gói phản hồi định tuyến (RREP) của DSR được mở rộng dưới dạng

RREP, bổ sung thêm trường băng thông NDMLNR. Nó được gửi bởi node cuối

cùng sau khi chọn các đường dẫn tách rời node giữa các gói RREQ khác nhau

tiếp cận nó.

4.6.1.1. Phát hiện định tuyến tại node trung gian

Trong DSR, khi một node trung gian nhận được gói RREQ, nó sẽ kiểm tra

xem địa chỉ của chính nó đã được liệt kê trong danh sách đường dẫn của gói

RREQ nhận. Nếu không tìm thấy địa chỉ của nó, nó sẽ thêm địa chỉ của nó vào

bản ghi định tuyến của RREQ đã nhận và nó phát cho tất cả các địa chỉ lân cận.

Nếu không, gói RREQ nhận được sẽ bị loại bỏ.

Trong NDMLNR khi một nút trung gian nhận gói RREQ, nó thực hiện

các tác vụ sau:

Kiểm tra xem địa chỉ của chính nó đã được liệt kê trong bản ghi lộ trình

nhận của gói RREQ chưa. Nếu địa chỉ của nó không được tìm thấy, nó sẽ thêm

địa chỉ của nó vào danh sách đường dẫn.

45

Khi một nút trung gian nhận gói RREQ, nó kiểm tra xem địa chỉ của

chính nó đã được liệt kê trong gói RREQ chưa. Nếu chưa, nó sẽ thêm địa chỉ của

nó vào danh sách đường dẫn

Mỗi nút duy trì Bảng thông tin điểm lân cận (NIT - Neighbor Information

Table), để theo dõi nhiều RREQ. Với các mục Địa chỉ nguồn, Địa chỉ đích,

Hops, LSD, ID và băng thông.

Khi một nút trung gian nhận được RREQ lần đầu tiên, nó sẽ đưa ra Thời

gian chờ (W - Wait Period) cho các gói tiếp theo với cùng số nhận dạng (request

ID).

Khi có 1 RREQ mới đến một nút, nó sẽ nhập thông tin của nó vào NIT

trong suốt thời gian chờ. Vào cuối thời gian chờ, nó chấp nhận yêu cầu chuyến

tiếp gói tin RREQ có giá trị cao nhất trong trường LSD.

Sau đó, nó kiểm tra điểm lân cận của mình để biết các thông số QoS, băng

thông ở đây. Chỉ những điểm lân cận có LSD> LSD yêu cầu và Liên kết băng

thông>= B mới được chọn để chuyển tiếp gói tin.

Nó thêm giá trị của băng thông liên kết vào trường Băng thông của gói

RREQ. Nếu hai RREQ có cùng giá trị LSD, thì một Route có giá trị hop thấp

hơn sẽ được chọn. Trong trường hợp, bước nhảy cũng giống nhau, một bước có

băng thông cao hơn được chọn. Trong trường hợp xấu nhất,RREQ được chọn

trên cơ sở First-come-first-serve. Điều này ngăn chặn các vòng lặp các gói

RREQ không cần thiết.

Không có nút trung gian nào được phép gửi RREP nếu nó có tuyến hiện

tại đến điểm cuối cùng vì điều này có thể dẫn đến những đường dẫn không đáp

ứng QoS hiện tạiyêu cầu.

4.6.1.2. Node cuối cùng

Trong NDMLNR, khi đích nhận được nhiều RREQ, nó sẽ chọn các đường

dẫn với các node rời nhau. Sau đó, nó tạo ra một số phản hồi và gửi gói tin

unicasts đến nguồn. Trước đó, nó sẽ thêm địa chỉ của nó và thêm tổng băng

thông cho mỗi yêu cầu định tuyến.

Bây giờ, mỗi định tuyến phản hồi đến nguồn chứa một đường dẫn phân

tách node từ nguồn đến đích. Do đó, nguồn biết tất cả các đường dẫn đến đích

và băng thông tương ứng của chúng. Trong trường hợp có hai đường dẫn có một

hoặc nhiều node chung, đường dẫn có băng thông cao hơn được chọn.

46

4.6.2. Lựa chọn định tuyến

Khi nút nguồn nhận được RREP từ nhiều đường dẫn, nó sẽ sắp xếp các

đường dẫn theo thứ tự băng thông tăng dần. Tùy thuộc vào băng thông, nguồn

quyết định sử dụng một đường dẫn hoặc tất cả các đường dẫn. Trong trường hợp

có nhiều đường dẫn có cùng băng thông, đường dẫn có số bước nhảy tối thiểu

được chọn. Nếu các đường dẫn xung đột về số bước nhảy, nút nguồn sẽ chọn

đường dẫn trên cơ sở First-come-First-Serve.

4.6.3. Bảo trì định tuyến

Trong trường hợp, LSD của một nút nằm dưới LSD yêu cầu, nó thông báo

cho node nguồn của nó về lỗi node bằng cách gửi thông báo NODEOFF. Khi

một nút nhận được một thông báo như vậy, nó sẽ gửi thông điệp

ROUTEDISABLE đến nút nguồn. Nguồn sau đó có thể định tuyến lại các gói

định tuyến backup. Nếu không có định tuyến backup tồn tại, nguồn sẽ bắt đầu

lại quy trình phát hiện định tuyến.

4.7. Ví dụ

Hình 4.2 là một ví dụ minh họa cho việc tìm tuyến tối ưu sử dụng Định

tuyến đa đường node rời rạc có xét đến liên kết và ổn định node(NDMLNR).

Giả sử nút 1 là nút nguồn và nút 6 là đích. Đặt LSD yêu cầu= 15. Đặt yêu

cầu Băng thông B = 5 mbps.

Hình 4.2: Ví dụ

47

Để gửi packet, node 1 sẽ kiểm tra các nodelân cận của nó (2.4.7) cho giá

trị LSD của chúng. Trong số các nodenày, node 7 có giá trị = 9(<15). Do đó,

node 1 chỉ gửi các packet đến các node 2 và 4.

Node 2 sẽ nhận packet này đầu tiên, sau đó thực hiện nhập giá trị NIT cho

gói tin RREQ dưới dạng (1, 6, 1, 1, 20, 8) và bắt đầu thời gian chờ 5s tại đây.

Node 2 bây giờ sẽ thực hiện kiểm tra các điểm lân cận của nó, cập nhật trường

luồng là 1-2 và trường băng thông là 8 và chuyển tiếp RREQ sang cả 4 và 3.

Tại node 4, nó có thể nhận 2 packet RREQ trong thời gian chờ. Một

packet trực tiếp từ node 1 trong thời gian chờ và còn lại thông qua node 2. Nó có

2 giá trị trong NIT (1,6,1,1.20,8) và (1,6,1,2,17,13). Tại thời điểm này, chọn một

packet từ node 1 có giá trị LSD cao hơn (= 20). Nó cập nhật trường luồng của

packet RREQ thành 1-4 và trường băng thông là 7. Nó chuyển tiếp packet tới cả

2 node lân cận của nó là node 5 và node 8 với các giá trị LSD lần lượt là 16 và

18.

Node 3 chỉ có 1 node lân cận, là node 6 thỏa mãn giá trị LSD nên do đó,

nó cập nhật trường luồng thành 1-2-3 và trường băng thông là 14 và chuyển tiếp

packet đến node 6. Bây giờ node 6 sẽ nhận luồng từ node nguồn 1. Nó nhập vào

ID của nó. Do đó, trường luồng của node 6 là 1-2-3-6 và băng thông của luồng

là 19, giá trị NIT là (1,6,1,3,18,19).

Node 5 sau khi nhận packet RREQ cùng luồng 1-4, thực hiện kiểm tra các

node lân cận của nó và chuyển tiếp RREQ với cập nhật trường luồng thành 1-4-

5 và băng thông thành 14 tới node 9 và 6. Node 6 bây giờ nhận thêm 1 luồng

khác, 1-4-5. Nó nhập vào ID của nó để lấy luồng 1-4-5-6 với băng thông 19, giá

trị NIT là (1,6,1,3,16,19)

Node 8 sau khi nhận packet RREQ chuyển tiếp nó đến điểm lân cận là

node 9, sau khi cập nhật trường luồng thành 1-4-8 và trường băng thông thành

15, node 9 có thể nhận 2 packet trong thời gian chờ của nó, 1 từ node 5 và 1 từ

node 8. Nó cập nhật NIT thành (1, 6, 1, 3, 16, 22) và (1, 6, 1, 3, 18, 21). Node 9

chọn luồng từ node 8 vì giá trị LSD của nó cao hơn (18). Sau đó, nó chuyển tiếp

yêu cầu sau khi cập nhật trường luồng thành 1-4-8-9 và băng thông thành 21.

Node 6 một lần nữa nhận đc 1 luồng khác 1-4-8-9. Nó nhập ID của nó cho luồng

này để nhận 1-4-8-9-6 với băng thông 28, giá trị NIT là (1,6,1,4,20,28)

Bây giờ node 6 nhận 3 luồng là 1-2-3-6, 1-4-5-6 và 1-4-8-9-6. Nó chọn

một cái có LSD cao hơn là luồng là 1-4-8-9-6 với LSD = 20.

48

4.8. Kết luận

Đề xuất xem xét sự ổn định của mạng từ các khía cạnh: nút di chuyển ra

khỏi phạm vi dẫn đến đứt liên kết, nút bị down do cạn kiệt năng lượng

Các quyết định định tuyến tại mỗi nút dẫn đến nhiều đường dẫn, đó là các

nút tách rời nhau. Điều này ngăn chặn việc sử dụng quá mức một nút đường dẫn

sẽ làm giảm chất lượng dịch vụ và tốc độ rút năng lượng của các nút sẽ ít hơn, từ

đó tuổi thọ dài hơn. Ngoài ra các đường dẫn được chọn trên các ràng buộc băng

thông sẽ đảm bảo đường định tuyến là tối ưu.

Đề xuất này giải quyết được các hạn chế về độ ổn định và năng lực, nó

hoàn toàn tuân thủ các mục tiêu Chất lượng dịch vụ.

49

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

5.1 Kết quả đạt được của luận văn

Luận văn đã trình bày kiến thức cơ sở về mạng Adhoc với trọng tâm là

các kết quả nghiên cứu về vấn đề định tuyến đảm bảo QoS. Đi đôi với sự phát

triển nhanh chóng của mạng không dây là nhu cầu kết nối mọi lúc mọi nơi kể cả

trong khi di chuyển đặt ra yêu cầu giải quyết được các vấn đề giữa sự linh động

của các nút với tính hiệu quả của các giao thức định tuyến trong mạng Adhoc.

Đây là vấn đề khó và quan trọng trong hoạt động của loại mạng này

Luận văn đã tập trung nghiên cứu sâu về định tuyến đảm bảo QOS là các

kỹ thuật định tuyến mà nhờ đó các tuyến đường được định ra dựa trên khả năng

của tài nguyên trong mạng cũng như các yêu cầu về QOS của hệ thống. Mục

đích chính của kỹ thuật này là: xác định các tuyến đường có thể di chuyển được

với các ràng buộc về chi phí đường đi, các lựa chọn có thể đưa ra một cách linh

động, sự tối ưu về tài nguyên để cải thiện thông lượng mạng và hệ thống hoạt

động giảm tải trong các giai đoạn quá tải để đảm bảo thông lượng ổn định

Bằng việc nghiên cứu các yếu tố Thời gian hết hạn liên kết (LET) và Tốc

độ thoát năng lượng (EDR) để kết luận rằng liên kết ổn định sẽ phụ thuộc trực

tiếp vào yếu tố di động và phụ thuộc ngược vào yếu tố năng lượng.Từ đó xác

định mức độ ổn định của liên kết.

Luận văn đã tập trung nghiên cứu một công trình [6] đề xuất sử dụng

thuật toán con-kiến-tìm-đường vào thuật toán định tuyến OLSR để cải tiến hiệu

năng. Trong quá trình thiết lập tuyến đường, một lựa chọn cho nhiều đường khác

nhau có thể đưa ra để có thể tìm được một tuyến đường giữa nguồn và đích

trong quá trình truyền tin. Để dữ liệu đa phương tiện có thể truyền, chúng ta cần

những tuyến đường ổn định, không có lỗi và để những tuyến đường như thế liên

tục được theo dõi và cải thiện một cách chủ động.

Giải pháp được đưa ra dựa trên bản năng của loài kiến để tìm kiếm nhiều

tuyến đường giữa nguồn và đích. Những con kiến agent được sử dụng để chọn

nhiều nút và những nút đó lại sử dụng những con kiến agent để tạo lập kết nối

tạm thời. Trong tương lai, công việc này có thể sử dụng trong việc mở rộng

truyền phát đa hướng sử dụng cân bằng tải cũng như tiết kiệm năng lượng.

50

5.2 Hướng nghiên cứu

Với những kết quả nghiên cứu mà luận văn đã đạt được, ta có được cái

nhìn khái quát về mối quan hệ giữa yếu tố di động và yếu tố năng lượng, và ứng

dụng của thuật toán Ant Colony cho việc định tuyến nhằm cải tiến hiệu năng và

đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS). Tuy nhiên, còn rất nhiều các vấn đề khác có

thể được xem xét như:

Nghiên cứu, xây dựng và triển khai các vấn đề về an ninh cho mạng

MANET

Mở rộng truyền phát đa hướng sử dụng cân bằng tải cũng như tiết kiệm

năng lượng

Vấn đề giảm phụ tải truyền thông trong mạng MANET.

Vấn đề kết nối mạng MANET với Internet.

51

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tài liệu tiếng Việt

[1] Nguyễn Thành Trung (2015), Định tuyến có đảm bảo chất lượng dịch vụ và

tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet, Luận văn cao học, Hà Nội, 2015;

[2] PGS.TS. Nguyễn Đình Việt (2012), Bài giảng đánh giá hiệu năng mạng máy

tính, 2012;

2. Tài liệu tiếng Anh

[3] Amandeep Kaur and Dr.Rajiv Mahajan (2013), Survey of QoS Based

Routing Protocol for MANET’s, Research Paper, ISSN: 2277 128X;

[4] Chenxi Zhu and M. Scott Corson (2002), QoS routing for mobile ad hoc

networks, Flarion Technologies, Bedminster, New Jersey;

[5] Dr. Shuchita Upadhayaya and Charu Gandhi (2009), Quality of service

routing in mobile ad hoc networks using location and energy parameters,

International Journal of Wireless & Mobile Networks (IJWMN), Vol 1, No 2;

[6] Swapna Priya Jaladi (2015), Ant Colony Optimization Based Routing to

Improve QoS in MANETs, Swapna Priya Jaladi/ (IJCSIT) International Journal

of Computer Science and Information Technologies, Vol 6.

[7] http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/

[8] http://en.wikipedia.org/