Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu kỹ thuật định tuyến đa đường hiệu quả, tin cậy và tiết kiệm năng lượng trên cơ sở cải tiến giao thức AOMDV

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính đề tài này là nghiên cứu sâu về giao thức định tuyến đa đường mới là E2E-LREEMR trên cơ sở cải tiến giao thức định tuyến đa đường AOMDV. Giao thức này có khả năng tìm nhiều đường không lặp qua các liên kết tin cậy với và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả theo điều kiện tài nguyên có sẵn để đáp ứng các yêu cầu Chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau của các ứng dụng. Mời các bạn 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: Nghiên cứu kỹ thuật định tuyến đa đường hiệu quả, tin cậy và tiết kiệm năng lượng trên cơ sở cải tiến giao thức AOMDV

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Nguyễn Kiên Giang NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG HIỆU QUẢ, TIN CẬY VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRÊN CƠ SỞ CẢI TIẾN GIAO THỨC AOMDV LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Nguyễn Kiên Giang NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG HIỆU QUẢ, TIN CẬY VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRÊN CƠ SỞ CẢI TIẾN GIAO THỨC AOMDV Ngành: Khoa học máy tính Mã số: 9480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. NGUYỄN VĂN TAM Thái Nguyên - 2020
LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, bằng sự biết ơn và kính trọng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo và Khoa Công nghệ thông tin thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên cùng các thầy, cô giáo đã nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Nguyễn Văn Tam, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện sát, nghiên cứu để hoàn thành đề tài này. Tuy nhiên điều kiện về năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày … tháng …. năm 2019 Học viên Nguyễn Kiên Giang
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 3 CHƯƠNG 1. MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG .... 6 1.1. Tổng quan về mạng ad hoc di động ............................................................ 6 1.1.1. Định nghĩa mạng ad hoc di động ......................................................... 6 1.1.2. Đặc điểm của mạng ad hoc di động ..................................................... 7 1.1.3. Ứng dụng của mạng MANET .............................................................. 9 1.1.3.1. Ứng dụng trong quân đội .................................................................. 9 1.3.1.2. Các ứng dụng trong cuộc sống........................................................ 10 1.3.1.3. Mạng cảm biến ................................................................................ 12 1.3.1.4. Mạng Rooftop ................................................................................. 12 1.3.1.5. Mở rộng phạm vi của điểm truy cập ............................................... 13 1.2. Giao thức định tuyến đa đường AOMDV................................................. 14 1.2.1. Tổng quan về giao thức AOMDV...................................................... 14 1.2.2. Vấn đề chống định tuyến lặp ............................................................. 15 1.2.3. Các đường tách biệt............................................................................ 18 1.2.4. Bảng định tuyến ................................................................................. 24 1.2.5. Thuật toán cập nhật đường ................................................................. 25 1.2.6. Tiến trình khám phá đường ................................................................ 27 1.2.7. Cơ chế bảo trì đường .......................................................................... 30 1.2.8. Cơ chế chuyển tiếp dữ liệu................................................................. 31 1.3. Một số nghiên cứu cải tiến giao thức AOMDV ........................................ 31 1.5. Tổng kết chương 1 .................................................................................... 34
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG HIỆU QUẢ, TIN CẬY VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN E2E- LREEMR .............................................................................................................. 36 2.1. Xây dựng độ đo định tuyến ....................................................................... 36 2.2. Cơ chế hoạt động....................................................................................... 38 2.3. Xác định năng lượng còn lại và năng lượng còn lại tối thiểu ................... 39 2.4. Xác định năng lượng truyền dự kiến......................................................... 41 2.5. Xác định tổng năng lượng truyền dự kiến ................................................ 42 2.6. Xác định số lần truyền dự kiến ................................................................. 43 2.7. Xác định tổng số lần truyền dự kiến ......................................................... 45 2.8. Chọn đường dựa trên CETX và CETE ..................................................... 45 2.9. Tổng kết Chương 2 ................................................................................... 48 CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIAO THỨC ........ 50 3.1. Thiết lập môi trường mô phỏng ................................................................ 50 3.2. Độ đo hiệu năng ........................................................................................ 51 3.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá.................................................................. 53 3.3.1. Tỷ lệ mất gói ...................................................................................... 53 3.3.2. Chi phí định tuyến chuẩn hoá ............................................................ 54 3.3.3. Tổng năng lượng tiêu thụ ................................................................... 56 3.3.4. Thông lượng ....................................................................................... 57 3.3.5. Tỷ lệ truyền thành công ..................................................................... 58 3.3.6. Chi phí định tuyến .............................................................................. 59 3.3.7. Trễ đầu cuối trung bình ...................................................................... 60 3.4. Tổng kết Chương 3 ................................................................................... 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 65
1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Đường thuê bao số bất đối Subscriber Line xứng AODV Ad hoc On demand Giao thức định tuyến theo yêu Distance Vector cầu dạng vector khoảng cách dành cho mạng ad hoc AOMDV Ad hoc On demand Giao thức định tuyến AODV đa Multipath Distance Vector đường CETE Cumulative Expected Tổng năng lượng truyền dự Transmission Energy kiến của đường CETX Cumulative Expected Tổng số lần truyền dự kiến của Transmission Count đường DA Destination Address Địa chỉ đích DoS Denial-of-Service Tấn công từ chối dịch vụ DSR Dynamic Source Routing Giao thức định tuyến nguồn động E2E- End-to-End Link Reliable Giao thức định tuyến đa đường LREEMR Energy Efficient Multipath có liên kết đầu cuối tin cậy và Routing tiết kiệm năng lượng ETE Expected Transmission Năng lượng truyền dự kiến Energy ETX Expected Transmission Số lần truyền dự kiến Count ISP Internet Serive Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LET Link Expiration Time Thời gian hết hạn liên kết LPU Local Path Update Cập nhật đường nội bộ
2 LR-EE- Link Reliable Energy Giao thức định tuyến AOMDV AOMDV Efficient AOMDV cải tiến độ tin cậy liên kết và năng lượng sử dụng MANET Mobile Ad hoc Network Mạng ad hoc di động MDSDV Modified Destination- Giao thức định tuyến DSDV cải Sequenced Distance- tiến Vector MP-DSR Multipath Dynamic Giao thức định tuyến DSR đa Source Routing đường MP-OLSR Multipath Optimized Link Giao thức định tuyến OLSR đa State Routing Protocol đường MRE Minimal Residual Energy Năng lượng còn lại tối thiểu NS-2 Network Simulator Phần mềm mô phỏng mạng NS version 2 phiên bản 2 OLSR Optimized Link State Giao thức định tuyến tối ưu Routing Protocol trạng thái đường liên kết OMMRE- Optimized Minimal Giao thức định tuyến AOMDV AOMDV Maximal nodal Residual tối ưu năng lượng nút mạng Energy AOMDV QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RREP Route Reply Gói tin trả lời đường RREQ Route Request Gói tin yêu cầu tìm đường RRER Route Error Gói tin báo lỗi đường RSSI Received Signal Strength Chỉ số độ mạnh tín hiệu nhận Indicators được SA Source Addrress Địa chỉ nguồn ZRP Zone Routing Protocol Giao thức định tuyến vùng
3 MỞ ĐẦU Mạng Ad hoc di động (MANET) là một nhóm thiết bị tự trị di động cung cấp khả năng truyền thông đa chặng qua việc sử dụng các liên kết không dây và hình thành cấu trúc liên kết động. Các mạng như vậy không có cơ sở hạ tầng vật lý đầy đủ như bộ định tuyến, máy chủ, điểm truy cập, cáp truyền dẫn hoặc cơ chế quản trị tập trung. Mỗi nút di động trong MANET hoạt động với cả hai vai trò là định tuyến và nút người dùng đầu cuối. Điều này khiến mạng MANET được kỳ vọng sẽ có những ứng dụng rộng rãi trong các khu vực chiến tranh, khắc phục thảm họa, hàng không và thông tin liên lạc hàng hải, công nghiệp, gia đình... Đối với mạng MANET, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần phải được giải quyết như: (i) các tính chất không dự đoán được của liên kết dẫn tới xung đột dữ liệu và tín hiệu truyền, (ii) sự di động của các nút mạng dẫn đến cấu trúc mạng động, (iii) thời lượng pin hạn chế của các thiết bị di động, (iv) vấn đề trạm ẩn và trạm rõ xảy ra khi các tín hiệu của hai nút xung đột với nhau, (v) khó bảo trì đường do sự thay đổi của môi trường truyền và (vi) thiếu cơ chế bảo mật tạo cơ hội cho các tấn công như nghe lén thụ động, can thiệp chủ động và rò rỉ thông tin bí mật, giả mạo dữ liệu, phát lại thông điệp và tấn công từ chối dịch vụ (DoS). Định tuyến là một trong những vấn đề quan trọng nhất cần được xem xét trong số nhiều vấn đề cần giải quyết trong MANET. Các giao thức định tuyến đơn đường thường tìm thấy một đường tối ưu giữa một cặp nút nguồn và đích. Do đó, mỗi khi một con đường bị phá vỡ, một tiến trình khám phá đường mới lại được kích hoạt dẫn đến chi phí và độ trễ cao. Tuy nhiên, các giao thức định tuyến đa đường thiết lập một kênh truyền thông từ nguồn đến đích bằng cách có các đường
4 dự phòng. Khi đường chính bị lỗi trong quá trình truyền thông đầu cuối, các đường dự phòng được sử dụng để truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả đến đích. Đã có nhiều giao thức định tuyến đa đường được đề xuất. Đối với các giao thức định tuyến đa đường sử dụng cơ chế tìm đường trước như giao thức MDSDV và giao thức MP-OLSR, việc cập nhật các bảng định tuyến thường xuyên dẫn đến việc tiêu thụ một lượng lớn bộ nhớ, băng thông và năng lượng. Để giải quyết vấn đề này, các giao thức định tuyến đa đường tìm đường theo yêu cầu đã được đề xuất. Những giao thức định tuyến đa đường tiêu biểu trong nhóm này là giao thức MP-DSR và giao thức AOMDV. Cũng đã có nhiều nghiên cứu đề xuất cải tiến giao thức AOMDV thành các giao thức mới để đạt được hiệu năng tốt hơn. Đó là giao thức MMNE-AOMDV và OMMNE-AOMDV với khả năng tiết kiệm năng lượng cao hơn; giao thức LL-EE-AOMDV với khả năng định tuyến đa đường hiệu quả qua các liên kết tin cậy và tiết kiệm năng lượng. Đây là giao thức có hiệu năng cao hơn giao thức OMMNE-AOMDV, MMNE-AOMDV và AOMDV. Do số lượng đường được giao thức LR-EE-AOMDV tạo ra rất hạn chế bởi cơ chế lựa chọn đường giữa bất kỳ cặp nguồn-đích nào bằng cách sử dụng kết hợp 3 độ đo đầu cuối nên độ trễ đầu cuối của giao thức này là rất cao khi số lượng kết nối hoặc lưu lượng dữ liệu mạng tăng lên. Mục tiêu chính đề tài này là nghiên cứu sâu về giao thức định tuyến đa đường mới là E2E-LREEMR trên cơ sở cải tiến giao thức định tuyến đa đường AOMDV. Giao thức này có khả năng tìm nhiều đường không lặp qua các liên kết tin cậy với và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả theo điều kiện tài nguyên có sẵn để đáp ứng các yêu cầu Chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau của các ứng dụng. Mức độ cải tiến về hiệu năng của giao thức E2E-LREEMR so với giao thức AOMDV sẽ
5 được chứng minh qua các phân tích đánh giá các kết quả mô phỏng hai giao thức trên phần mềm mô phỏng NS-2. Luận văn có bố cục như sau: Sau phần mở đầu là nội dung giới thiệu tổng quan về mạng không dây di động ad hoc và định tuyến đa đường được trình bày trong Chương 1. Chi tiết của kỹ thuật định tuyến đa đường, hiệu quả, tin cậy và tiết kiệm năng lượng trong giao thức định tuyến E2E-LREEMR trên cơ sở cải tiến giao thức định tuyến AOMDV được trình bày trong Chương 2. Các kết quả mô phỏng, so sánh đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến E2E-LREEMR và giao thức định tuyến AOMDV được trình bày trong Chương 3. Cuối cùng là phần kết luận đưa ra những nội dung tổng kết và hướng phát triển của luận văn.
6 CHƯƠNG 1. MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG 1.1. Tổng quan về mạng ad hoc di động 1.1.1. Định nghĩa mạng ad hoc di động Mạng ad hoc di động (MANET) [3] là một mạng được hình thành bởi một tập các nút (máy/thiết bị) không dây, di động mà không hề có bất cứ sự trợ giúp nào của một trạm quản lý tập trung, một cơ sở hạ tầng truyền thông có trước hoặc sự can thiệp của người dùng. Việc truyền thông giữa các nút được thực hiện nếu như hai nút là đủ gần nhau để trao đổi các gói tin. Hình 1.1. Ví dụ về một mạng MANET Có thể hình dung mạng MANET như một đồ thị, trong đó các nút mạng được biểu diễn bởi các đỉnh của đồ thị. Nếu hai nút có thể truyền thông trực tiếp với nhau, liên kết đó được biểu diễn bởi đường nối giữa hai nút. Đồ thị biểu diễn này là một đồ thị tùy ý, có thể thay đổi hình dạng tại bất cứ thời điểm nào. Mạng MANET có thể là một mạng độc lập, hoặc cũng có thể được kết nối với một mạng khác lớn hơn, ví dụ mạng Internet.
7 Trong Hình 1.1 là một ví dụ về một mạng MANET gồm 7 nút. Phạm vi truyền thông của mỗi nút được biểu diễn bằng một hình tròn. Các nút nằm trong phạm vi truyền thông của nhau có thể truyền thông trực tiếp được với nhau. Kết nối giữa các nút mạng được đặc trưng bởi khoảng cách giữa các nút và tính sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng mặc dù là tạm thời. Các tính chất đặc trưng của kết nối trong mạng MANET bao gồm: (1) Khoảng cách giữa các nút: Khoảng cách giữa các nút hoặc trạng thái ở gần nhau của chúng định nghĩa ranh giới mạng. Chỉ cần hai hoặc nhiều nút chuyển động trong một bán kính nhất định là tạo thành một mạng ad-hoc. Chính sự chuyển động làm cho khoảng cách giữa các nút thay đổi gây ra bản chất đặc biệt (ad-hoc) của mạng. (2) Tính sẵn sàng hợp tác: (1) chỉ là điều kiện cần, chưa phải là điều kiện đủ để thành lập mạng ad-hoc. Các nút ở trong khoảng cách đủ gần phải sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng. Nói cách khác, tự bản thân nút quyết định “online” hay “offline”. (3) Mạng ngang hàng tạm thời: Tại bất cứ một thời điểm nào, mạng ad-hoc được xác định bởi các nút đang “online” và ở trong một khoảng cách nhất định. Một nút luôn có xu hướng tham gia hay biến mất khỏi mạng. Do đó, mạng được coi là tạm thời. Hơn nữa, do không có một cơ sở hạ tầng mạng cho trước, các nút trong mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-to-peer). 1.1.2. Đặc điểm của mạng ad hoc di động Do ad hoc 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
8 đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nên mạng ad hoc di động còn có một số đặc điểm nổi bật sau [2]:  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 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.  Chất lượng liên kết hạn chế: Các liên kết không dây thường có băng thông nhỏ hơn so với các liên kết có dây. Ngoài ra, do ảnh hưởng 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 thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết của môi trường truyền không dây.  Cấu trúc động: Do tính chất di chuyển ngẫu nhiên của các nút mạng nên cấu trúc của loại mạng này cũng thường xuyên thay đổi một cách ngẫu nhiên ở những thời điểm không xác định trước. Trong khi thay đổi, cấu trúc của mạng có thêm hoặc mất đi các kết nối hai chiều hoặc kết nối một chiều.  Độ bảo mật thấp ở mức độ vật lý: Mạng không dây di động thường 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 như nghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ thường dễ triển khai trong mạng ad ho di động hơn là trong mạng có dây truyền thống. Có thể thấy những đặc điểm này là các yếu tố ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu năng của mạng ad hoc di động. Để có thể triển khai được mạng ad hoc di động trong thực tế, các thiết kế mạng phải giải quyết được những thách thức sinh ra do
9 những đặc điểm đã nêu trên của mạng. Những thách thức này gồm các vấn đề kỹ thuật như khả năng truyền dữ liệu và định tuyến hiệu quả khi kích thước mạng thay đổi; đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các chương trình ứng dụng; cơ chế chuyển đổi một số dịch vụ từ mô hình client-server; tiết kiệm năng lượng 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 MANET Các công nghệ của mạng không dây kiểu không cấu trúc đem lại rất nhiều lợi ích so với các mạng truyền thống (cả không dây và có dây) trong những ngữ cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địa hình,…) hoặc do những lý do về kinh tế (chi phí cáp trong một không gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập). Phần dưới đây sẽ giới thiệu các ứng dụng của mạng MANET. 1.1.3.1. Ứng dụng trong quân đội Những thành tựu mới của công nghệ thông tin thường được áp dụng trong quân sự đầu tiên, và mạng không dây kiểu không cấu trúc cũng không phải là một ngoại lệ. Nhiều năm nay, quân đội đã sử dụng các mạng “packet radios” – một nguyên mẫu đầu tiên của mạng chuyển mạch gói không dây ngày nay. Giải pháp mạng MANET cho quân đội có những đặc điểm khác so với mạng MANET thuần túy [1] Mạng MANET thuần túy thường tuân theo một mô hình điểm ngẫu nhiên, các nút tự do di chuyển theo bất cứ hướng nào, với bất cứ tốc độ nào. Trong mô
10 hình mạng MANET cho quân đội, các nút phân nhóm theo bản chất tự nhiên của chúng khi chúng cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Xu hướng di động ở đây là theo nhóm. Hình 1.2 minh hoạ sự khác nhau về mô hình di động của mạng MANET thuần tuý và mạng MANET trong quân đội. Mạng MANET thuần túy Mạng MANET quân đội Hình 1.2. Mô hình di động mạng MANET thuần túy và mạng MANET quân đội Do đó, nếu đưa ra được một mô hình chuyển động theo nhóm, các vấn đề của mạng MANET sẽ trở nên cụ thể hơn (ví dụ: định tuyến, sử dụng các ứng dụng thời gian thực như tiếng nói, video,…), cho phép phát triển một giải pháp tối ưu. 1.3.1.2. Các ứng dụng trong cuộc sống Mạng MANET là rất lý tưởng trong các trường hợp không có sẵn một cơ sở hạ tầng thông tin, tuy nhiên lại cần phải thành lập một mạng tạm thời nhằm trao đổi thông tin và hợp tác cùng làm việc. Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, khó có thể có được một cơ sở hạ tầng về thông tin vững chắc. Hệ thống có trước đó rất có thể bị hỏng hoặc bị phá hủy hoàn toàn.
11 Tại vùng có thảm họa, tất cả các phương tiện và hệ thống truyền thông đều bị phá hủy hoàn toàn. Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,… đều được trang bị như một thiết bị đầu cuối di động – là một phần của mạng ad-hoc. Mỗi nhân viên 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 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 – đóng vai trò như router trên Internet. Đối với ứng dụng trong hội thảo, khác với cách làm truyền thống khi những người tham gia hội thảo muốn chia sẻ tài liệu cho nhau là gửi file đính kèm qua email hoặc sao chép qua các thiết bị lưu trữ thứ cấp có khả năng di động, tất cả những người tham dự hội thảo đều có thể sử dụng thiết bị di động để tạo thành một mạng ad-hoc trong suốt thời gian đó. Các thiết bị có thể truyền thông với nhau, truyền/nhận các tài liệu được sử dụng trong hội thảo. Khi hội thảo kết thúc, các thiết bị được tắt nguồn, mạng tự bị hủy bỏ. Mạng MANET cũng có thể ứng dụng trong cuộc sống. Chẳng hạn như mạng động được hình thành từ hai thiết bị cầm tay thông minh của các em học sinh để chơi game. Môi trường mạng ở đây là một mạng không dây kiểu không cấu trúc thuần túy, tức là không có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bị đầu cuối tự cấu hình để thành lập mạng, mà không có sự quản lý tập trung. Mạng này có thể tự chia nhỏ thành các mạng con: một mạng riêng giữa em học sinh và bạn của em, một mạng “chung” được khởi tạo bởi người muốn chia sẻ các chương trình trò chơi điện tử trên máy của anh ta. Hai mạng này được trộn lẫn vào nhau một cách linh động.
12 1.3.1.3. Mạng cảm biến Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lượng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ. Mạng cảm biến là mạng gồm các nút cảm biến (sensor) – các nút này hợp tác với nhau để cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như: giám sát môi trường (không khí, đất, nước), theo dõi môi trường 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,... Trước đây mạng cảm biến thường bao gồm một lượng nhỏ các nút cảm biến được kết nối bằng cáp tới một trạm xử lý tập trung. Ngày nay, các nút mạng cảm biến thường là không dây, phân tán để vượt qua các trở ngại vật lý của môi trường, tiết kiệm năng lượng và do trong nhiều trường hợp không thể có được một hạ tầng có sẵn về năng lượng và truyền thông. Công nghệ mạng không dây kiểu không cấu trúc thường được áp dụng để triển khai mạng cảm biến do:  Các nút cảm biến được phân tán trong vùng không có sẵn cơ sở hạ tầng về truyền thông và năng lượng. Các nút phải tự hình thành kết nối.  Các nút phải tự tự cấu hình, tự hoạt động trong bất cứ trường hợp nào  Cấu hình mạng luôn có thể thay đổi (các nút cảm biến bị hỏng, các nút mới được thêm vào,…), mạng cảm biến phải tự thích nghi với những thay đổi này. 1.3.1.4. Mạng Rooftop Là một công nghệ đang bùng nổ để cung cấp truy cập mạng băng thông rộng tới các gia đình, một cách để thay thế ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
13 và các công nghệ tương tự khác. Mạng rooftop sử dụng công nghệ mạng ad-hoc để mở rộng phạm vi của một số điểm truy cập – các điểm này được nối với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Mỗi người truy cập được trang bị một router ad- hoc cho phép chuyển tiếp lưu lượng thay mặt những người truy cập khác. Từ khía cạnh ad-hoc, những mạng MANET như vậy là tương đối tĩnh – cấu hình của mạng hiếm khi thay đổi. Hình 1.3. Một ví dụ về mạng Rooftop 1.3.1.5. Mở rộng phạm vi của điểm truy cập Trong các mạng không dây được sử dụng rộng rãi ngày nay, các nút mạng di động được kết nối với các điểm truy cập theo cấu hình hình sao. Để được kết nối vào mạng, người sử dụng phải ở trong phạm vi truy cập của mạng. Do phạm vi truy cập này là giới hạn và cơ sở hạ tầng một chặng (one-hop) của cấu hình này, các điểm truy cập phải được trải rộng trong toàn bộ vùng, bao phủ khắp những nơi muốn kết nối với nhau.
14 Sử dụng mạng không dây kiểu không cấu trúc, nhu cầu cần các điểm truy cập sẽ giảm – người sử dụng bên ngoài phạm vi truy cập sẽ vẫn có thể được “tiếp sóng” thông qua một hoặc nhiều nút trung gian để truy cập được vào mạng. 1.2. Giao thức định tuyến đa đường AOMDV 1.2.1. Tổng quan về giao thức AOMDV Giao thức AOMDV [8] là giao thức định tuyến đa đường theo yêu cầu dạng vectơ khoảng cách được thiết kế dành cho mạng MANET. Nó được phát triển từ giao thức AODV trên cơ sở chia sẻ một số đặc điểm với giao thức AODV. Nó dựa trên khái niệm vectơ khoảng cách và sử dụng phương pháp định tuyến từng chặng. Hơn nữa, giao thức AOMDV cũng tìm thấy các đường theo yêu cầu bằng cách sử dụng tiến trình khám phá đường. Sự khác biệt chính giữa hai giao thức này nằm ở số lượng đường tìm được sau mỗi tiến trình khám phá tuyến. Trong giao thức AOMDV, việc truyền gói RREQ từ nguồn tới đích sẽ thiết lập nhiều đường dẫn ngược ở cả các nút trung gian cũng như nút đích. Nhiều gói RREP đi qua các đường nghịch hướng về nút nguồn để tạo thành nhiều đường thuận đến đích tại các nút nguồn và nút trung gian. Giao thức AOMDV cũng cung cấp cho các nút trung gian các đường dự phòng nhằm làm giảm tần suất khám phá đường. Vấn đề trọng tâm của giao thức AOMDV là vấn đề đảm bảo phát hiện được nhiều đường không lặp và phân tách trong tiến trình tìm đường hiệu quả bằng cách sử dụng tiến trình khám phá đường dựa vào kỹ thuật “làm ngập tràn” (flooding). Các quy tắc cập nhật đường của giao thức AOMDV được áp dụng cục bộ tại mỗi nút đóng vai trò chính trong việc duy trì các đường không lặp và phân tách. Các nội dung được trình bày trong chương này là các ý tưởng chính để đạt được hai thuộc tính này. Các phần tiếp sẽ trình bày cách đưa những ý tưởng đó vào giao
15 thức AOMDV bao gồm mô tả chi tiết các quy tắc cập nhật đường tại mỗi nút và tiến trình khám phá đa đường. Đề xuất thiết kế giao thức AOMDV tái sử dụng nhiều nhất có thể những thông tin định tuyến đã có sẵn trong giao thức AODV. Do đó, nó hạn chế chi phí phát sinh trong việc khám phá nhiều đường. Đặc biệt, nó không sử dụng thêm bất kỳ gói điều khiển đặc biệt nào. Trên thực tế, các gói RREP và RERR bổ sung để phát hiện và bảo trì đa đường cùng với một vài trường bổ sung trong các gói điều khiển định tuyến (RREQ, RREP và RERR) là chi phí bổ sung duy nhất trong giao thức AOMDV so với giao thức AODV. 1.2.2. Vấn đề chống định tuyến lặp Các quy tắc cập nhật tuyến của giao thức AODV giới hạn một nút chỉ tìm được tối đa một đường cho mỗi đích. Do đó, cần thiết phải sửa đổi các quy tắc cập nhật đường này để tại mỗi nút có nhiều hơn một đường cho mỗi đích. Tuy nhiên, những sửa đổi này cần được thực hiện để đảm bảo vấn đề tránh định tuyến lặp. Có hai vấn đề phát sinh khi tính toán nhiều đường dẫn không lặp tại một nút cho một đích. Một là, mỗi nút sẽ chọn đường nào trong nhiều đường để cung cấp hoặc quảng bá cho các nút khác? Do mỗi tuyến đường có thể có số chặng khác nhau nên việc lựa chọn một đường bất kỳ có thể tạo thành các đường lặp vòng. Hai là, một nút khi nhận được quảng bá đường có chấp nhận đường nhận được hay không? Việc chấp nhận tất cả các con đường có thể gây ra hiện tượng định tuyến lặp. Hình 1.4 minh họa vấn đề đường lặp vòng bằng các ví dụ đơn giản. Trong Hình 1.4(a), nút D là đích và nút I có hai đường đến D - một đường 5 chặng qua nút M (I –M –N –O–P –D) và một đường một chặng trực tiếp (I - D). Giả sử tuyến đường (I –M –N –O–P –D) được quảng bá đến nút J và tiếp theo tuyến đường (I –