Kết luận chương 2 • Nghiên cứu một số thuật toán định tuyến truyền thống: Distance Vector và Link State • Phân tích các đặc điểm mà các giao thức truyền thống không hỗ trợ trên mạng MANE[r]
(1)CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG MANET (2) 1.1 Giới thiệu mạng không dây • Hệ thống mạng đó các thiết bị kết nối với thông qua môi trường không dây (sử dụng sóng radio) • Mạng MANET là mô hình mạng không dây mà đó các thiết bị vừa đóng vai trò truyền thông vừa đóng vai trò định tuyến (3) 1.2 Phân loại mạng không dây • Theo qui mô triển khai mạng: – Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network) • Còn gọi Bluetooth • Bán kính phủ sóng khoảng 10m – Mạng WLAN (Wireless Local Area Network) • Bán kính phủ sóng khoảng 100m • Tốc độ truyền liệu 11Mbps ~ 54Mbps – Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network) • Bán kính phủ sóng khoảng vài trăm km • Tốc độ truyền liệu 5Kbps ~ 20Kbps (4) 1.2 Phân loại mạng không dây • Theo quan hệ di động thiết bị mạng – Mạng không dây cố định(Fixed wireless network) – Mạng không dây với các điểm truy cập cố định (Wireless network with fixed access points) – Mạng di động tùy biến (MANET - Mobile Ad hoc Network) (5) 1.3 Một số mô hình mạng không dây • Mô hình mạng độc lập (Independent Basic Service sets – IBSS hay còn gọi là mạng Ad hoc) (Hình 1) • Mô hình mạng sở (Basic Service sets – BSS) (Hình 2) • Mô hình mạng mở rộng (Extended Service sets – ESS) (Hình 3) Hình Hình Hình (6) 1.4 1.4.Yêu Yêucầu cầuthiết thiếtbịbịsử sửdụng dụngtrong trongmạng mạngkhông khôngdây dây • Điểm truy cập (AP - Access Point) • Thiết bị truy cập không dây • Yêu cầu thiết bị sử dụng mạng MANET – Các thiết bị truyền thông có thiết bị kết nối wifi (7) 1.5.1 Những đặc điểm chính mạng không dây • Ưu điểm – Không bị giới hạn không gian địa lý – Tiết kiệm chi phí thiết kế các đường truyền – Có khả mở rộng hệ thống mạng • Nhược điểm – Dễ bị công vào hệ thống thông qua việc dò sóng – Khó quản lý vì ranh giới mạng không rõ ràng (8) 1.5.2 Một số công nghệ ứng dụng mạng không dây • Công nghệ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – Dựa vào chuẩn 802.16 với bán kính phủ sóng có thể từ đến 10 km – Cung cấp các dịch vụ: Internet tốc độ cao các nơi hẻo lánh xa xôi, tăng tốc độ truyền liệu cho các dịch vụ: Game Online, Video Conferecing, VoIP… (9) 1.5.2 Một số công nghệ ứng dụng mạng không dây • Công nghệ Wireless USB (WUSB) – USB không dây (WUSB – Wireless USB) cho phép kết nối các thiết bị ngoại vi: máy in, đĩa cứng… (10) 1.5.2 Một số công nghệ ứng dụng mạng không dây • Công nghệ Ultra-Wideband (UWB) – Được phát triển để phục vụ cho việc truyền thông các thiết bị gia đình – Có thể truyền liệu với tốc độ lên tới 252Mbps và tương lai, khả có thể lên tới 480Mbps 10 (11) 1.6 Một số ứng dụng mạng MANET • Ứng dụng công tác tìm kiếm, cứu trợ – Trường hợp thiên tai phá hủy sở hạ tầng mạng, có thể thiết lập tạm thời hệ thống MANET • Ứng dụng quân đội, hải quân, không quân – Các máy bay quân có thể liên lạc trực tiếp với • Ứng dụng công tác chăm sóc sức khỏe – Có thể truyền thông tin đến bệnh viện tình trạng bệnh nhân trên đường chuyển đến bệnh viện 11 (12) 1.7 Kết luận chương • Tìm hiểu khái quát mạng không dây, các công nghệ ứng dụng và các mô hình mạng không dây • Phân tích các ưu điểm và khuyết điểm nỗi trội hệ thống mạng không dây • Các vấn đề quan tâm: – Cơ chế điều khiển hệ thống mạng không dây? – Cách thức truyền và nhận tin trên hệ thống mạng không dây? 12 (13) Chương Nghiên cứu các giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET 2.1 Định tuyến hệ thống mạng máy tính 2.2 Một số thuật toán định tuyến 2.3 Phân loại các giao thức định tuyến mạng MANET 2.4 Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET 2.5 So sánh và đánh giá hiệu làm việc các giao thức 2.6 Kết luận chương 13 (14) 2.1 Định tuyến hệ thống mạng máy tính • Định tuyến là cách thức các thiết bị mạng sử dụng để tìm đường việc phát gói tin tới địa đích • Tiến trình định tuyến tìm các đường đến đích và lưu trữ các đường đó nhớ thiết bị định tuyến • Có cách thức định tuyến hệ thống mạng – Định tuyến động – Định tuyến tĩnh 14 (15) 2.2 Một số thuật toán định tuyến mạng • Thuật toán vector khoảng cách (Distance Vector) – Truyền định kỳ các bảng bảng định tuyến các router – Dựa vào thông tin nhận thuật toán chọn đường ngắn đến đích • Thuật toán trạng thái kết nối (Link State) – Truyền gói tin LSA (Link State Advertisment) các định tuyến để tìm đường đến đích – Thông tin LSA: địa IP, submark, kiểu mạng kết nối và các định tuyến kết nối – Như vậy, thuật toán này biết toàn cấu trúc mạng 15 (16) 2.3 Phân loại các giao thức định tuyến trên mạng MANET • Các vấn đề không phù hợp trội sử dụng các thuật toán định tuyến vào mạng MANET: – Tiêu tốn băng thông và lượng nguồn nuôi cho các cập nhật định kỳ – Các đường dư thừa tích lũy cách không cần thiết • Vì cần phải có số sửa đổi phù hợp cho mạng MANET 16 (17) 2.3 Phân loại các giao thức định tuyến trên mạng MANET Ad hoc Routing Protocols Table-Driven On-Demand Flat Hybrid Flat Flat DSDV DSR ZRP WRP TORA SHARP GSR AODV OLSR LAR ZHLS DREAM SSA SLURP START MSR DST Hierarchical Hierarchical MMWN Hierarchical HARP CBRP CGSR HSR LANMAR HOLSR 17 (18) 2.4 Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET • Định tuyến theo yêu cầu (On-Demand Routing) là phương pháp định tuyến mạng MANET • Theo đó, việc định tuyến xảy hệ thống có nhu cầu truyền liệu • Hoạt động định tuyến dựa vào chế chính: – Tạo thông tin định tuyến (Router Discovery) – Duy trì thông tin định tuyến (Route Maintanance) • Các giao thức như: AODV, TORA, DSR, LAR… 18 (19) 2.4.1 Giao thức DSR (Dynamic Source Routing ) • Cơ chế tạo thông tin định tuyến 19 (20) 2.4.1 Giao thức DSR (Dynamic Source Routing ) • Cơ chế trì thông tin định tuyến – Trường hợp node không truyền gói tin đến node theo đường đã khám phá -> gởi gói tin lỗi RRER nguồn – Nguồn nhận gói tin lỗi xóa đường liên quan đã lưu router cache – Nếu có nhu cầu truyền liệu: • Node sử dụng đường khác đã tồn router cache • Ngược lại, khởi động tiến trình tạo thông tin định tuyến 20 (21) 2.4.2 Giao thức AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) • Cơ chế tạo thông tin định tuyến 21 (22) 2.4.2 Giao thức AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) • Cơ chế trì thông tin định tuyến – Trường hợp node không truyền gói tin đến node theo đường đã khám phá -> gởi gói tin lỗi RRER nguồn cùng với việc tăng số Sequence Number lên đơn vị – Nguồn nhận gói tin lỗi xóa đường liên quan đã lưu router cache – Nếu có nhu cầu truyền liệu: • Node sử dụng đường khác đã tồn router cache • Ngược lại, khởi động tiến trình tạo thông tin định tuyến 22 (23) 2.5 So sánh hoạt động AODV và DSR • Giống – Tiến trình khám phá đường thực cách gởi quảng bá và nhận phản hồi – Thông tin định tuyến lưu trữ node trung gian – Các node trung gian có khả học đường đích và nguồn • Khác – Mỗi node DSR luôn trì toàn thông tin đường đích và nguồn AODV trì thông tin node hàng xóm – AODV có kiểm tra tính hiệu lực đường đến đích trường hợp tìm thấy Router cache – Trong quá trình gởi gói tin phản hồi, AODV có lựa chọn đường ngắn 23 (24) 2.6 Kết luận chương • Nghiên cứu số thuật toán định tuyến truyền thống: Distance Vector và Link State • Phân tích các đặc điểm mà các giao thức truyền thống không hỗ trợ trên mạng MANET • Phân loại các giao thức định tuyến trên mạng MANET • Phân tích giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET và khả áp dụng các giao thức mô hình mạng khác 24 (25) Chương 3: Mô và đánh giá hiệu suất số giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET 3.1 Giới thiệu môi trường mô NS 3.2 Mô mạng không dây NS 3.3 Thiết kế mô hình mạng để mô cho các giao thức định tuyến theo yêu cầu trên mạng MANET 25 (26) 3.1 Giới thiệu môi trường mô NS • NS (Network Simulation) là phần mềm chuyên dùng để mô các giao thức mạng • Ngôn ngữ sử dụng NS: C++ và Otcl • Kịch Otcl có thể thực các công việc: – Khởi tạo lập lịch kiện – Thiết lập mô hình mạng – Thiết lập các traffic… • Minh họa mô thể trên NAM (Network Animator) và kết mô lưu trữ vào file trace 26 (27) 3.2 Mô mạng không dây NS • Công cụ mô mạng wireless NS xây dựng nhóm Monarch trường CMU • Cấu trúc node mạng di động Ad Hoc: – Tầng MAC: xây dựng theo đặc tả IEEE 802.11 – Mô hình truyền sóng vô tuyến: tốc độ 2Mb/s và phạm vi truyền sóng 250m – Hàng đợi kiểu FIFO: kích thước tối đa 64 gói tin, timeout 30s, các gói tin định tuyến có độ ưu tiên cao các gói tin liệu 27 (28) 3.3 Thiết kế mô hình mạng để mô cho các giao thức định tuyến theo yêu cầu trên mạng MANET • Mô hình Ad Hoc gồm 50 node di chuyển ngẫu nhiên khu vực bán kính 3800m • Các gói tin phát theo dịch vụ CBR (Constant Bit Race) 28 (29) 3.4 Phân tích kết mô • Các tham số phân tích kết mô – Tỉ lệ gói tin phát thành công – Trễ trung bình hệ thống – Khả đáp ứng trường hợp các node di chuyển dẫn đến tôpô mạng thay đổi • Các trường hợp thực mô – Tất các node hệ thống đứng yên: • Số lượng nguồn phát không thay đổi • Số lượng nguồn phát thay đổi theo thời gian – Tất các node di động 29 (30) 3.4.1 Trường hợp các node đứng yên • Để đánh giá khả sử dụng lại đường đã khám phá, chúng tôi thực trường hợp mô phỏng: – Cố định nguồn phát với 10, 15, 20, 25 và 30 nguồn thực thời gian 10 giây – Thay đổi số lượng nguồn phát theo thời gian: 10s đầu tiên với 10 nguồn, 10s với 15 nguồn, 10s với 20 nguồn, 10s với 25 nguồn và 10s với 30 nguồn 30 (31) 3.4.1 Trường hợp các node đứng yên 31 (32) 3.4.2 Trường hợp các node di chuyển • Để đánh giá khả đáp ứng hệ thống các node di chuyển ngẫu nhiên, chúng tôi thực mô các trường hợp: – Mạng có 10 nguồn phát di chuyển ngẫu nhiên với thời gian mô 50s – Mạng có 20 nguồn phát di chuyển ngẫu nhiên với thời gian mô 50s – Mạng có 30 nguồn phát di chuyển ngẫu nhiên với thời gian mô 50s 32 (33) 3.4.2 Trường hợp các node di chuyển 33 (34) 3.4.2 Trường hợp các node di chuyển 34 (35) Đánh giá hiệu hoạt động AODV và DSR • DSR cho kết tốt AODV hầu hết các trường hợp mạng có số nguồn phát ít và mức độ di chuyển không cao • Tuy nhiên, trường hợp mạng di chuyển nhiều, số lượng nguồn phát tăng hiệu suất DSR giảm rõ rệt • Kết đánh giá trên là tương đối, cần phải thực mô trên mô hình mạng phức tạp • Hướng phát triển đề tài: – Nghiên cứu số giao thức áp dụng hai chế định tuyến theo yêu cầu và theo bảng ghi – Nghiên cứu cải tiến các độ đo hiệu để nâng cao chất lượng truyền thông trên mô hình mạng không dây 35 (36) Tài liệu tham khảo 10 11 12 13 14 Arun Kumar B R, Lokanatha C Reddy, Prakash S Hiremath (2008), Performance Comparison of Wireless Mobile Ad Hoc Network Routing Protocols, International Journal of Computer Science and Network Security, VOL.8 No.6 Geetha Jayakumar, Gopinath Ganapathy (2007), Performance Comparison of Mobile Ad Hoc Network Routing Protocol, International Journal of Computer Science and Network Security, VOL.7 No.11 Georgy Sklyarenko (2005), AODV Routing Protocol, Seminar Technische Informatik, Takustr 9, D14195 Berlin, Germany McGraw-Hill/Osborne, Certified Wireless Network Administrator Official Study Guide, Copyright © by Planet3 Wireless, Inc Stefano Basagni, Marco Conti, Silvia Giordano, Ivan Stojmenovic, Mobile Ad Hoc Networking, Copyright © 2004 by the Institute of Electrical and Electronics Engineers Subir Kumar Sarkar, T G Basavaraju, C Puttamadappa, Ad Hoc Mobile Wireless Network, Copyright © 2008 by Taylor & Francis Group, LLC Tao Lin (2004), Mobile Ad Hoc Network Routing Protocols: Methodologies and Applications, Blacksburg, Virginia Yinfei Pan, Suny Binghamton (2006), Design Routing Protocol Performance Comparison in NS2: AODV comparing to DSR as Example Yu-Chee Tseng, Wen-Hua Liao, Shih-Lin Wu, Mobile Ad Hoc Networks and Routing Protocols, Handbook of Wireless Networks and Mobile Computing, Edited by Ivan Stojmenovic´Copyright© 2002 John Wiley & Sons, Inc, Chapter 17 http://vi.wikipedia.org http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/index.html http://www.geocities.com/tracegraph/ 36 The network simulator - ns-2 http:// www isi.edu/nsnam/ns/ The ns Manual http://www.isi.edu/nsnam/ns/doc/index.html (37)