Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Kỹ thuật định tuyến đa đường trong mạng không dây phi cấu trúc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là nghiên cứu về các chiến lược định tuyến và cơ chế hoạt động giao thức định tuyến AODV – một giao thức định tuyến đơn đường điển hình trong mạng không dây phi cấu trúc. Sau đó, nghiên cứu các đề xuất cải tiến giao thức AODV thành giao thức AOMDV với mục tiêu nâng cao hiệu năng mạng không dây phi cấu trúc. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Kỹ thuật định tuyến đa đường trong mạng không dây phi cấu trúc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Nông Thị Hồng KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY PHI CẤU TRÚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2019
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Nông Thị Hồng KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY PHI CẤU TRÚC Ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN ĐÌNH DŨNG Thái Nguyên - 2019
LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Khoa học máy tính. Để có đƣợc kết quả này, em xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới: – TS. Nguyễn Đình Dũng, Trƣờng ĐH CNTT & TT – ĐHTN: cán bộ hƣớng dẫn khoa học đã luôn tận tình giúp đỡ và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm luận văn. – Các cán bộ, giảng viên Khoa Công nghệ thông tin và Phòng Đào tạo cùng toàn thể các thầy, cô giáo trong trƣờng Trƣờng Đại học CNTT & TT - ĐHTN đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình em thực hiện đề tài luận văn này. – Bên cạnh đó sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và ngƣời thân đã luôn ủng hộ và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể tập trung nghiên cứu hoàn thành luận văn. Do về mặt kiến thức và thời gian còn hạn chế, luận văn còn nhiều khiếm khuyết. Tôi mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô và mọi ngƣời để luận văn hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày … tháng …. năm 2019 Học viên Nông Thị Hồng
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1. MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG PHI CẤU TRÚC VÀ VẤN ĐỀ ĐỊNH TUYẾN ....................................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về mạng không dây phi cấu trúc ............................................... 3 1.1.1. Khái niệm mạng không dây phi cấu trúc ............................................. 3 1.1.2. Đặc điểm của mạng không dây phi cấu trúc ........................................ 4 1.1.3. Ứng dụng của mạng không dây phi cấu trúc ....................................... 6 1.2. Một số chiến lƣợc định tuyến trong mạng không dây phi cấu trúc ............ 8 1.2.1. Phân loại các chiến lƣợc định tuyến .................................................... 8 1.2.2. Mô tả các chiến lƣợc định tuyến trong mạng ad hoc ........................... 9 1.3. Giao thức định tuyến theo yêu cầu dạng vectơ khoảng cách AODV ....... 15 1.3.1. Giới thiệu về giao thức AODV .......................................................... 15 1.3.2. Cơ chế hoạt động của giao thức AODV ............................................ 16 1.4. Tổng kết Chƣơng 1 ................................................................................... 25 CHƢƠNG 2. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG AOMDV ................. 28 2.1. Tổng quan về giao thức AOMDV............................................................. 28 2.1.1. Vấn đề chống định tuyến lặp ............................................................. 29 2.1.2. Các đƣờng tách biệt............................................................................ 32 2.2. Hoạt động chi tiết của giao thức AOMDV ............................................... 39 2.2.1. Bảng định tuyến ................................................................................. 39 2.2.2. Thuật toán cập nhật đƣờng ................................................................. 40 2.2.3. Tiến trình khám phá đƣờng ................................................................ 42 2.2.4. Cơ chế bảo trì đƣờng .......................................................................... 45 2.2.4. Cơ chế chuyển tiếp dữ liệu................................................................. 46 2.3. Các tính chất của giao thức ....................................................................... 47 2.3.1. Loại bỏ tính lặp vòng ......................................................................... 48 2.3.2. Tính tách biệt của đƣờng.................................................................... 49
2.4. Tổng kết Chƣơng 2 ................................................................................... 52 CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIAO THỨC AOMDV ............................................................................................................... 54 3.1. Mục tiêu của việc đánh giá giao thức AOMDV ....................................... 54 3.2. Môi trƣờng mô phỏng ............................................................................... 54 3.3. Các độ đo hiệu năng .................................................................................. 57 3.4. Kết quả mô phỏng và phân tích đánh giá hiệu năng ................................. 57 3.4.1. Thay đổi tốc độ di chuyển .................................................................. 57 3.4.2. Thay đổi số lƣợng kết nối .................................................................. 65 3.4.3. Thay đổi tốc độ dữ liệu ...................................................................... 68 3.4.4. Số lƣợng đƣờng .................................................................................. 70 3.5. Tổng kết Chƣơng 3 ................................................................................... 72 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 76
1 MỞ ĐẦU Mạng không dây phi cấu trúc đƣợc hình thành bởi kết nối tạm thời giữa các nút mạng. Đây là công nghệ mạng nền tảng để phát triển các công nghệ mạng đƣợc ứng dụng rộng rãi ngày nay nhƣ mạng cảm biến, mạng giao thông, mạng tác chiến,… Trong mạng không dây phi cấu trúc, mỗi nút mạng vừa đóng vai trò là một thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là một bộ định tuyến. Do tính chất di động của các nút mạng nên bài toán định tuyến trong mạng không dây phi cấu trúc có nhiều điểm khác biệt so với bài toán định tuyến trong các mạng truyền thống. Từ góc nhìn số lƣợng đƣờng định tuyến sử dụng, có thể phân chia các giao thức định tuyến trong mạng không dây phi cấu trúc theo hai nhóm là định tuyến đơn đƣờng và định tuyến đa đƣờng. Đối với các giao thức định tuyến đơn đƣờng, chỉ có tối đa một con đƣờng tối ƣu theo độ đo định tuyến của chúng đƣợc cài đặt vào bảng định tuyến sau mỗi tiến trình tìm đƣờng mặc dù chúng có thể nhận đƣợc thông tin về nhiều con đƣờng tới cùng một đích trong cùng một tiến trình tìm đƣờng. Tại mỗi nút mạng, các gói tin dữ liệu sẽ đƣợc chuyển tiếp theo con đƣờng thích hợp có trong bảng định tuyến. Khi một liên kết trên con đƣờng đó bị lỗi, nút mạng này phải khởi tạo lại tiến trình tìm đƣờng. Để tiết kiệm tài nguyên hệ thống mạng trong các tiến trình tìm đƣờng, các giao thức định tuyến đa đƣờng cho phép tìm và cài đặt nhiều hơn một con đƣờng 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 đƣờng tốt nhất sẽ đƣợc sử dụng và những con đƣờng còn lại sẽ đóng vai trò là đƣờng dự phòng. Khi đƣờng chính bị lỗi, các đƣờng dự phòng sẽ đƣợc sử dụng để chuyển tiếp các gói tin dữ
2 liệu nếu chúng vẫn trong trạng thái còn hoạt động đƣợc. Thêm vào đó, nếu cơ chế cân bằng tải đƣợc sử dụng, có thể phân lƣu lƣợng dữ liệu cần truyền thành nhiều luồng đƣợc truyền song song trên các con đƣờng tới cùng một đích. Mục đích của đề tài là nghiên cứu về các chiến lƣợc định tuyến và cơ chế hoạt động giao thức định tuyến AODV – một giao thức định tuyến đơn đƣờng điển hình trong mạng không dây phi cấu trúc. Sau đó, nghiên cứu các đề xuất cải tiến giao thức AODV thành giao thức AOMDV với mục tiêu nâng cao hiệu năng mạng không dây phi cấu trúc. Hiệu năng của giao thức định tuyến đơn đƣờng AODV và giao thức định tuyến đa đƣờng AOMDV sẽ đƣợc so sánh, phân tích và đánh giá thông qua phần mềm mô phỏng NS2 với nhiều kịch bản mô phỏng khác nhau. Luận văn bao gồm các phần đƣợc bố cục nhƣ sau: Phần mở đầu trình bày về mục tiêu, ý nghĩa và bố cục của luận văn. Tiếp theo, các vấn đề tổng quan về mạng không dây phi cấu trúc, vấn đề định tuyến và cơ chế hoạt động chi tiết của giao thức định tuyến AODV đƣợc trình bày trong Chƣơng 1. Đề xuất cải tiến thiết kế và triển khai giao thức định tuyến đa đƣờng AOMDV sẽ đƣợc trình bày trong Chƣơng 2. Hiệu năng của giao thức đƣợc cải tiến AOMDV sẽ đƣợc so sánh, phân tích và đánh giá với giao thức gốc AODV trong Chƣơng 3 thông qua nhiều kịch bản mô phỏng đƣợc thực hiện trên NS-2. Cuối cùng là phần kết luận đƣa ra những tổng kết và hƣớng phát triển của luận văn.
3 CHƢƠNG 1. MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG PHI CẤU TRÚC VÀ VẤN ĐỀ ĐỊNH TUYẾN 1.1. Tổng quan về mạng không dây phi cấu trúc 1.1.1. Khái niệm mạng không dây phi cấu trúc Mạng không dây phi cấu trúc (Mobile Ad hoc Network – MANET) [10] là mạng di động không dây hoạt động không cần dựa vào hạ tầng mạng cố định, trong đó hình trạng mạng đƣợc tạo thành bởi chính các nút mạng. Chế độ “Ad hoc” của chuẩn IEEE 802.11 hoạt động theo mô hình này, mặc dù nó chỉ hỗ trợ để thiết lập một mạng đơn chặng. Các mạng di động không dây kiểu không cấu trúc đã mở rộng khái niệm “Ad hoc” đa chặng theo nghĩa: một nút mạng có thể định tuyến và chuyển tiếp một gói tin nó nhận đƣợc từ một nút mạng khác. Nói cách khác, con đƣờng chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích có thể chứa các nút trung gian khác. Các nút trung gian sẽ đọc thông tin trong phần header của các gói tin dữ liệu và chuyển tiếp chúng tới chặng kế tiếp trên một con đƣờng đã đƣợc hình thành. Có thể hiểu một mạng không dây phi cấu trúc là một tập các nút không dây di động có thể trao đổi dữ liệu một cách linh động mà không cần sự hỗ trợ của trạm cơ sở cố định hoặc mạng có dây. Mỗi nút di động có một phạm vi truyền giới hạn, do đó chúng cần sự trợ giúp của các nút lân cận để chuyển tiếp các gói dữ liệu. Khi các gói tin dữ liệu từ nút nguồn cần gửi tới một nút đích mà nút đích không nằm trong phạm vi truyền của nút nguồn, cần có sự trợ giúp của các nút trung gian để chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích. Để thực hiện đƣợc công việc này, các nút mạng phải sử dụng giao thức định tuyến phù hợp.
4 Hình 1.1. Minh họa của mạng không dây phi cấu trúc Hình 1 là một ví dụ của mạng không dây phi cấu trúc. Trong đó các nút trong mạng kết nối với nhau trong một khoảng thời gian để trao đổi thông tin. Trong khi trao đổi thông tin, các nút này vẫn có thể di chuyển, do đó, mạng này phải đáp ứng đƣợc yêu cầu truyền dữ liệu trong khi hình trạng mạng có thể thay đổi liên tục. Các nút mạng phải có cơ chế tự tổ chức thành một mạng để thiết lập các đƣờng truyền dữ liệu mà không cần sự hỗ trợ từ bên ngoài. Trong mô hình này, mỗi nút mạng có thể đóng vai trò là một nút đầu cuối để chạy các chƣơng trình ứng dụng của ngƣời sử dụng hoặc là một bộ định tuyến để chuyển tiếp các gói tin cho các nút mạng khác. 1.1.2. Đặc điểm của mạng không dây phi cấu trúc Do mạng không dây phi cấu trúc 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 không dây phi cấu trúc có một số đặc điểm nổi bật sau [3]:
5  Cấu trúc động: Do tính chất di chuyển ngẫu nhiên của các nút mạng nên cấu trúc của loại mạng này cũng thƣờng xuyên thay đổi một cách ngẫu nhiên ở những thời điểm không xác định trƣớc. Trong khi thay đổi, cấu trúc của mạng không dây phi cấu trúc có thêm hoặc mất đi các kết nối hai chiều hoặc kết nối một chiều.  Chất lƣợng liên kết hạn chế: Các liên kết không dây thƣờng có băng thông nhỏ hơn so với các liên kết có dây. Ngoài ra, do ảnh hƣởng của cơ chế đa truy cập, vấn đề suy giảm tín hiệu, nhiễu và các yếu tố khác, băng thông thực của các liên kết không dây thƣờng thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết của môi trƣờng truyền không dây.  Các nút mạng có tài nguyên hạn chế: Mỗi nút di động trong mạng có thể là một bộ cảm biến, một điện thoại thông minh hoặc một máy tính xách tay. Thông thƣờng 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 lƣợng bộ nhớ và năng lƣợng nguồn pin nuôi sống hoạt động của nút.  Độ bảo mật thấp ở mức độ vật lý: Mạng không dây di động thƣờng chịu tác động về mặt vật lý từ các nguồn gây nguy hại về an ninh nhiều hơn so với mạng có dây. Về khía cạnh vật lý, các kỹ thuật gây mất an ninh và bảo mật trong mạng nhƣ nghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ thƣờng dễ triển khai trong mạng không dây phi cấu trúc hơn là trong mạng có dây truyền thống. Có thể thấy những đặc điểm này là các yếu tố ảnh hƣởng rất nhiều đến hiệu năng của mạng không dây phi cấu trúc. Để có thể triển khai đƣợc mạng không dây phi cấu trúc trong thực tế, các thiết kế mạng phải giải quyết đƣợc
6 những thách thức sinh ra do những đặc điểm đã nêu trên. Những thách thức này gồm các vấn đề kỹ thuật nhƣ khả năng truyền dữ liệu và định tuyến hiệu quả khi kích thƣớc mạng thay đổi; đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS) cho các chƣơng trình ứng dụng; cơ chế chuyển đổi một số dịch vụ từ mô hình client-server; tiết kiệm năng lƣợng pin để kéo dài thời gian hoạt động của các nút mạng riêng lẻ và của toàn mạng; đảm bảo an ninh mạng; khả năng hợp tác giữa các nút mạng và khả năng tự tổ chức của mạng; 1.1.3. Ứng dụng của mạng không dây phi cấu trúc Ngày nay, mạng không dây phi cấu trúc có nhiều những ứng dụng trong đời sống, kinh tế, xã hội của con ngƣời. Mô hình mạng này phù hợp đối với những tình huống cần triển khai hệ thống mạng một cách nhanh chóng, linh động và thƣờng xuyên có sự biến đổi trong cấu trúc mạng. Chúng còn đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các ứng dụng từ lĩnh vực thƣơng mại tới các ứng dụng trong các hoạt động quân sự, ứng dụng trong các hoạt động khẩn cấp, ứng dụng trong gia đình, văn phòng và giáo dục, mạng giao thông và mạng cảm biến. Đối với các ứng dụng của mạng không dây phi cấu trúc trong thƣơng mại, những ngƣời dùng có thể chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị di động trong một cuộc họp hay hội thảo mà không cần sự hỗ trợ của một cơ sở hạ tầng mạng cố định. Các máy tính của những cá nhân có thể kết nối với nhau để tạo thành một mạng tạm thời phục vụ cho các ứng dụng truyền thông dữ liệu trong một nhóm những ngƣời dùng mà không cần sự hiện diện của các bộ thu phát tập trung. Kết nối Internet từ một thiết bị của một ngƣời dùng cũng có thể đƣợc chia sẻ tới các thiết bị của những ngƣời dùng khác thông qua mạng không dây phi cấu trúc.
7 Ứng dụng mạng không dây phi cấu trúc trông quân đội là một trong những ý tƣởng đƣợc đƣa ra ngay từ khi mạng không dây phi cấu trúc đƣợc phát triển. Trong mô hình chiến đấu của quân đội trên chiến trƣờng không có sự hỗ trợ về hạ tầng mạng cố định, mỗi ngƣời lính hoặc một phƣơng tiện quân sự nhƣ xe tăng, máy bay, tàu chiến, tàu thủy đều có thể đƣợc kết nối và trao đổi thông tin tạm thời với nhau hoặc với trạm chỉ huy một cách linh động thông qua mạng không dây phi cấu trúc đƣợc hình thành bởi kết nối giữa các thiết bị di động truyền thông không dây đƣợc gắn vào các phƣơng tiện quân sự hay những ngƣời lính tham gia vào cuộc chiến. Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, có thể tất cả các phƣơng tiện và hạ tầng truyền thông đƣợc xây dựng trƣớc đó đều bị phá hủy hoàn toàn. Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thƣơng,… có thể đƣợc trang bị các thiết bị truyền nhận không dây để trở thành một thiết bị đầu cuối di động và là một phần của mạng không dây phi cấu trúc. Mỗi nhân viên cứu hộ cũng có thể cũng mang theo một thiết bị đầu cuối di động. Các thiết bị đầu cuối này đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng không dây phi cấu trúc tạm thời nhằm trao đổi thông tin. Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau. Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và nhận thông tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin nhƣ vai trò nhƣ các bộ định tuyến. Mỗi thiết bị thông minh trong gia đình, các điên thoại di động thông minh và máy tính của những ngƣời sử dụng trong văn phòng, trong môi trƣờng trƣờng học, các lớp học có thể đóng vai trò nhƣ một nút mạng trong một mạng không dây phi cấu trúc đƣợc hình thành tạm thời mà không cần sự hỗ trợ của hạ tầng mạng cố định nhằm phục vụ cho các ứng dụng chia sẻ thông tin, truyền dữ liệu multimedia, quản lý ngôi nhà thông minh, quản lý lớp học thông minh,…
8 Trong vấn đề quản lý và hỗ trợ giao thông, mỗi phƣơng tiện giao thông là một nút mạng di động trong mạng không dây phi cấu trúc đƣợc hình thành tạm thời trên một khu vực địa lý nhằm hỗ trợ trao đổi và quản lý các thông tin về tình trạng giao thông, hỗ trợ tìm đƣờng tránh tắc nghẽn giao thông, theo dõi và quản lý các thiết bị tham gia giao thông, v.v. Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lƣợng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ. Một mạng không dây phi cấu trúc có thể là một mạng cảm biến gồm các nút cảm biến. Các nút này hợp tác với nhau để cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, ví dụ nhƣ: giám sát môi trƣờng (không khí, đất, nƣớc), theo dõi môi trƣờng sống, hành vi, dân số của các loài động, thực vật, dò tìm động chấn, theo dõi tài nguyên, thực hiện trinh thám trong quân đội,... 1.2. Một số chiến lƣợc định tuyến trong mạng không dây phi cấu trúc 1.2.1. Phân loại các chiến lược định tuyến Có nhiều cách để phân loại các chiến lƣợc định tuyến cho mạng không dây phi cấu trúc theo các tiêu chí khác nhau [1]. Các chiến lƣợc định tuyến này đƣợc đƣợc liệt kê trong Bảng 1.1. Tiêu chí phân loại Loại Định tuyến tìm đƣờng trƣớc và tìm Thời điểm định tuyến đƣờng theo yêu cầu Phƣơng pháp truyền thông tin định Định tuyến cập nhật định kỳ và cập tuyến nhật theo sự kiện Định tuyến phẳng và định tuyến phân Số lƣợng vùng định tuyến cấp Thông tin định tuyến trong header của Định tuyến nguồn và định tuyến từng
9 gói chặng Định tuyến tập trung và định tuyến Vị trí tính toán đƣờng phân tán Bảng 1.1. Phân loại các chiến lược định tuyến của mạng không dây phi cấu trúc 1.2.2. Mô tả các chiến lược định tuyến trong mạng ad hoc  Chiến lƣợc định tuyến tìm đƣờng trƣớc và tìm đƣờng theo yêu cầu Kiểu định tuyến tìm đƣờng trƣớc còn đƣợc gọi là “định tuyến kích hoạt trƣớc” hay “định tuyến điều khiển dạng bảng”. Đối với kiểu định tuyến này, các con đƣờng tới mọi đích đƣợc tìm ra trƣớc khi có nhu cầu truyền dữ liệu tại mọi nút mạng. Trạng thái của các liên kết đƣợc lƣu trữ và cập nhật định kỳ trong bảng định tuyến để phục vụ cho thuật toán tìm đƣờng tại mỗi nút mạng. Ƣu điểm lớn nhất của kỹ thuật định tuyến này là khi có yêu cầu truyền dữ liệu, con đƣờng truyền dữ liệu đã sẵn sàng tại các nút mạng và do đó không có độ trễ từ khi có yêu cầu truyền dữ liệu tới lúc tìm ra con đƣờng để truyền dữ liệu. Tuy nhiên các giao thức thuộc nhóm này cũng có nhƣợc điểm là chúng tính toán và tìm ra những con đƣờng tới mọi đích nên có thể có một số con đƣờng sẽ không bao giờ đƣợc sử dụng và kỹ thuật quảng bá bảng định tuyến định kỳ sẽ chiếm dụng băng thông mạng nhiều khi trạng thái các liên kết và hình trạng mạng thay đổi với tốc độ nhanh. Có thể kể đến một số giao thức định tuyến tiêu biểu thuộc nhóm này là giao thức DSDV và giao thức WRP. Đối với các giao thức định tuyến tìm đƣờng theo yêu cầu, chỉ khi có nhu cầu sử dụng đƣờng truyền dữ liệu, các nút liên quan mới khởi tạo tiến trình tìm đƣờng và trao đổi thông tin định tuyến. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là tiết kiệm băng thông mạng dành cho tải định tuyến nhƣng cũng có nhƣợc điểm là quá
10 trình tìm kiếm tuyến đƣờng có thể gây ra một độ trễ truyền tin đáng kể. Một số giao thức tiêu biểu đã đƣợc đề xuất thuộc nhóm này là DSR, AODV và TORA.  Định tuyến cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện Với các giao thức định tuyến trên cơ sở trạng thái liên kết (link state), để đảm bảo thông tin về trạng thái của các liên kết và hình trạng mạng đƣợc cập nhật kịp thời, thông tin định tuyến cần đƣợc quảng bá tới các nút mạng. Trên cơ sở cách thức quảng bá thông tin định tuyến, ta có thể phân loại các chiến lƣợc định tuyến thành hai nhóm là định tuyến cập nhật định kỳ và định tuyến cập nhật theo sự kiện. Chiến lƣợc định tuyến theo chu kỳ sẽ duy trì độ ổn định của mạng và quan trọng nhất là cho phép các nút mạng học đƣợc thông tin về hình trạng và trạng thái của toàn mạng. Tuy nhiên, nếu sử dụng chu kỳ dài để cập nhật thông tin định tuyến, các nút mạng có thể chứa các thông tin định tuyến đã cũ và không chính xác. Ngƣợc lại, nếu chu kỳ cập nhật thông tin định tuyến là quá ngắn, sẽ có quá nhiều gói tin định tuyến đƣợc sinh ra và quảng bá trong mạng gây ra sự lãng phí về tài nguyên mạng. Đối với chiến lƣợc định tuyến theo sự kiện, khi có một sự kiện diễn ra trong mạng, những nút mạng chịu tác động trực tiếp của các sự kiện này mới quảng bá các gói tin cập nhật thông tin định tuyến. Vì vậy, thông tin về những thay đổi của trạng thái mạng sẽ nhanh chóng đƣợc cập nhật tới các nút mạng. Tuy nhiên, khi topo mạng thay đổi với tốc độ nhanh, sẽ có rất nhiều các gói tin quảng bá cập nhật định tuyến đƣợc sinh ra làm lãng phí băng thông mạng và biến động đối với các con đƣờng truyền dữ liệu.  Định tuyến phẳng và định tuyến phân cấp
11 Trong định tuyến phẳng, mọi nút trong mạng đều có cùng cấp độ và chức năng định tuyến. Chiến lƣợc định tuyến này tƣơng 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 lƣợc 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 lƣợc định tuyến phân cấp đƣợc đề xuất nhằm giải quyết vấn đề này. Trong chiến lƣợc định tuyến phân cấp, các nút mạng đƣợc tổ chức một cách link động thành các vùng. Mỗi vùng lại có thể chia tiếp thành các vùng con theo kiểu cây phân cấp. Cấu trúc phân cấp này nhằm duy trì tính ổn định tƣơng đối của hình trạng mạng. Sự di chuyển của 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 đƣợc 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 đƣờng trƣớc. 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 đƣợc sử dụng. Định tuyến liên vùng thƣờng hoạt động theo cơ chế định tuyến theo yêu cầu hoặc cơ chế kết hợp giữa định tuyến tìm đƣờng trƣớc và định tuyến theo yêu cầu. Các giao thức tiêu biểu sử dụng chiến lƣợc định tuyến phân cấp là HSR và CGSR. Hình 1.2 và Hình 1.3 minh họa cho các con đƣờng đƣợc hình thành bởi các giao thức định tuyến hoạt động theo chiến lƣợc định tuyến phẳng và định tuyến phân cấp.
12 Hình 1.2. Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phẳng Hình 1.3. Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phân cấp  Định tuyến với kỹ thuật tính toán tập trung và tính toán phân tán Trong chiến lƣợc định tuyến với kỹ thuật tính toán tập trung, mọi nút trong mạng sẽ duy trì thông tin đầy đủ về toàn bộ hình trạng mạng để có thể tự thực hiện các thuật toán tìm đƣờng khi cần thiết. Các giao thức định tuyến sử dụng chiến lƣợc định tuyến này còn đƣợc gọi là các giao thức định tuyến kiểu trạng thái đƣờng liên kết. Giao thức OLSR là một giao thức định tuyến kiểu trạng thái đƣờng liên kết tiêu biểu. Trong chiến lƣợc định tuyến với kỹ thuật tính toán phân tán, mọi nút mạng chỉ duy trì thông tin cục bộ về hình trạng mạng. Khi có nhu cầu tìm đƣờng, nhiều
13 nút mạng sẽ cùng tham gia vào tiến trình tìm đƣờng. Chiến lƣợc định tuyến này còn đƣợc gọi là định tuyến kiểu véc tơ khoảng cách. AODV và DSDV là các giao thức định tuyến tiêu biểu sử dụng chiến lƣợc định tuyến này.  Định tuyến nguồn và định tuyến từng chặng Có một vài giao thức định tuyến đƣa thông tin về toàn bộ con đƣờng 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 đƣợc trong phần header. Chiến lƣợc định tuyến này đƣợc gọi là định tuyến nguồn. Ƣu điểm của chiến lƣợc định tuyến này là các nút trung gian không cần duy trì thông tin định tuyến cập nhật để tìm đƣờng 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 nhiên, chiến lƣợc này lại có nhƣợc điểm là làm tăng kích thƣớc của các gói tin dữ liệu, đặc biệt với các con đƣờng dài và các mạng có kích thƣớc lớn dẫn đến việc lãng phí băng thông của mạng ad hoc. Giao thức DSR là một trong những giao thức định tuyến nguồn tiêu biểu. Hình 1.4 minh họa cơ chế chuyển tiếp gói tin của giao thức định tuyến nguồn. Hình 1.4. Truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến nguồn
14 Trong chiến lƣợc định tuyến từng chặng, con đƣờng tới một nút đích đƣợc phân bố trong các “chặng kế tiếp” của các nút thuộc con đƣờng này. Khi một nút nhận đƣợc một gói tin cần truyền tới một đích xác định, nó sẽ chuyển tiếp gói tin này tới chặng kế tiếp tƣơng ứng trên con đƣờng. 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 lƣợc định tuyến này phải đảm bảo không chọn các con đƣờng gây ra định tuyến lặp. Giao thức AODV là một trong những giao thức tiêu biểu sử dụng chiến lƣợc định tuyến từng chặng. Hình 1.5 minh họa kỹ thuật chuyển tiếp gói tin của giao thức hoạt động theo chiến lƣợc định tuyến từng chặng. Hình 1.5. Truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến từng chặng  Định tuyến đơn đƣờng và định tuyến đa đƣờng Đối với các giao thức định tuyến đơn đƣờng, chỉ có tối đa một con đƣờng tối ƣu theo độ đo định tuyến của chúng đƣợc cài đặt vào bảng định tuyến sau mỗi tiến trình tìm đƣờng mặc dù chúng có thể nhận đƣợc thông tin về nhiều con đƣờng tới cùng một đích trong cùng một tiến trình tìm đƣờng. Tại mỗi nút mạng, các gói tin dữ liệu sẽ đƣợc chuyển tiếp theo con đƣờng thích hợp có trong bảng định tuyến. Khi một liên kết trên con đƣờng đó bị lỗi, nút mạng này phải khởi tạo lại tiến trình tìm đƣờng.
15 Để tiết kiệm tài nguyên hệ thống mạng trong các tiến trình tìm đƣờng, các giao thức định tuyến đa đƣờng cho phép tìm và cài đặt nhiều hơn một con đƣờng 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 đƣờng tốt nhất sẽ đƣợc sử dụng và những con đƣờng còn lại sẽ đóng vai trò là đƣờng dự phòng. Khi đƣờng chính bị lỗi, các đƣờng dự phòng sẽ đƣợc sử dụng để chuyển tiếp các gói tin dữ liệu nếu chúng vẫn trong trạng thái còn hoạt động đƣợc. Thêm vào đó, nếu cơ chế cân bằng tải đƣợc sử dụng, có thể phân lƣu lƣợng dữ liệu cần truyền thành nhiều luồng đƣợc truyền song song trên các con đƣờng tới cùng một đích. 1.3. Giao thức định tuyến theo yêu cầu dạng vectơ khoảng cách AODV 1.3.1. Giới thiệu về giao thức AODV AODV [11] là một giao thức định tuyến động, hoạt động theo yêu cầu, đa chặng và tự khởi động giữa các nút di động trong mạng không dây phi cấu trúc. Nó cho phép các nút tìm đƣợc các đƣờng tới một đích một cách nhanh chóng và không yêu cầu các nút duy trì các con đƣờng tới đích khi không truyền thông. Đồng thời, giao thức này cho phép các nút di động làm việc đƣợc với sự thay đổi hình trạng của mạng hoặc liên kết bị đứt. AODV là giao thức có khả năng tránh định tuyến lặp và có tốc độ hội tụ nhanh khi hình trạng mạng thay đổi. Khi một liên kết bị đứt, AODV sẽ tạo ra hiệu ứng để báo cho tập các nút liên quan cập nhật thông tin về đƣờng bị lỗi. Giao thức này sử dụng số thứ tự đích cho mỗi entry trong bảng định tuyến để biểu diễn “độ mới” của đƣờng. Số thứ tự đích do nút đích tạo ra đƣợc đƣa vào các gói tin điều khiển cùng với các thông tin định tuyến khác và đƣợc gửi đi đến