Bai Giang Ve Manet

CAC GIAO THƯC ĐINH TUYÊN

TRÊN MANG MANET

2

1.1. Giới thiệu mạng không dây

• Hệ thống mạng trong đó các thiết bị kết nối với nhau thông qua môi trường không dây (sử dụng sóng radio)

• Mạng MANET là một trong những mô hình mạng không dây mà trong 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 dữ liệu 11Mbps ~ 54Mbps

– Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network)

• Bán kính phủ sóng khoảng vài trăm km

• Tốc độ truyền dữ 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 cơ sở (Basic Service sets – BSS) (Hình 2)

• Mô hình mạng mở rộng (Extended Service sets – ESS) (Hình 3)

Hình 1 Hình 2 Hình 3

6

• Điểm truy cập (AP - Access Point)

• Thiết bị truy cập không dây

• Yêu cầu thiết bị sử dụng trong mạng MANET

– Các thiết bị truyền thông có thiết bị kết nối wifi

1.4. Yêu cầu thiết bị sử dụng trong mạng không dây1.4. Yêu cầu thiết bị sử dụng trong mạng không dây

7

1.5.1. Những đặc điểm chính mạng không dây

• Ưu điểm

– Không bị giới hạn về không gian địa lý

– Tiết kiệm được chi phí thiết kế các đường truyền

– Có khả năng mở rộng hệ thống mạng.

• Nhược điểm

– Dễ bị tấn 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 cơ bản 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 3 đến 10 km.

– Cung cấp các dịch vụ: Internet tốc độ cao tại các nơi hẻo lánh xa xôi, tăng tốc độ truyền dữ liệu cho các dịch vụ: Game Online, Video Conferecing, VoIP…

http://wifinotes.com/wimax/images/how-wimax-works-image.gif

9


• 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


• Công nghệ Ultra-Wideband (UWB)

– Được phát triển để phục vụ cho việc truyền thông giữa các thiết bị trong gia đình.

– Có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên tới 252Mbps và trong tương lai, khả năng có thể lên tới 480Mbps.

11

1.6. Một số ứng dụng mạng MANET

• Ứng dụng trong công tác tìm kiếm, cứu trợ

– Trường hợp thiên tai phá hủy cơ sở hạ tầng mạng, có thể thiết lập tạm thời hệ thống MANET

• Ứng dụng trong quân đội, hải quân, không quân

– Các máy bay quân sự có thể liên lạc trực tiếp với nhau

• Ứng dụng trong công tác chăm sóc sức khỏe

– Có thể truyền thông tin đến bệnh viện về tình trạng của bệnh nhân đang trên đường chuyển đến bệnh viện.

12

1.7. Kết luận chương 1

• Tìm hiểu khái quát về 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 của 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?

13

Chương 2Nghiên cứu các giao thức định tuyến

điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET

2.1. Định tuyến trong hệ thống mạng máy tính

2.2. Một số thuật toán định tuyến cơ bản

2.3. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET

2.4. Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET

2.5. So sánh và đánh giá hiệu quả làm việc của các giao thức


14

2.1. Định tuyến trong hệ thống mạng máy tính

• Định tuyến là cách thức các thiết bị mạng sử dụng để tìm đường trong việc phát gói tin tới địa chỉ đích.

• Tiến trình định tuyến sẽ tìm ra các đường đi đến đích và lưu trữ các đường đi đó trong bộ nhớ của thiết bị định tuyến.

• Có 2 cách thức định tuyến trong hệ thống mạng

– Định tuyến động

– Định tuyến tĩnh

15

2.2. Một số thuật toán định tuyến cơ bản trong mạng

• Thuật toán vector khoảng cách (Distance Vector)– Truyền định kỳ các bảng sao của bảng định tuyến

giữa các router– Dựa vào thông tin nhận được thuật toán sẽ chọn ra

được con đường ngắn nhất đến đích• Thuật toán trạng thái kết nối (Link State)

– Truyền gói tin LSA (Link State Advertisment) giữa các bộ định tuyến để tìm đường đi đến đích

– Thông tin trong LSA: địa chỉ IP, submark, kiểu mạng kết nối và các bộ định tuyến kết nối

– Như vậy, thuật toán này sẽ biết toàn bộ cấu trúc của mạng

16

2.3. Phân loại các giao thức định tuyến trên mạng MANET

• Các vấn đề không phù hợp nổi trội khi sử dụng các thuật toán định tuyến cơ bản vào mạng MANET:

– Tiêu tốn băng thông và năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhật định kỳ

– Các đường đi dư thừa được tích lũy một cách không cần thiết

• Vì vậy cần phải có một số sửa đổi phù hợp cho mạng MANET

17

2.3. Phân loại các giao thức định tuyến trên mạng MANET

Ad hoc Routing Protocols

Table-Driven On-Demand Hybrid

Flat

Hierarchical

DSDV

WRP

GSR

OLSR

DREAM

MMWN

CGSR

HSR

LANMAR

HOLSR

START

Flat

Hierarchical

DSR

TORA

AODV

LAR

SSA

MSR

CBRP

Flat

Hierarchical

ZRP

SHARP

ZHLS

SLURP

DST

HARP

18

2.4. Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET

• Định tuyến theo yêu cầu (On-Demand Routing) là một phương pháp định tuyến cơ bản trong mạng MANET

• Theo đó, việc định tuyến chỉ xảy ra khi hệ thống có nhu cầu truyền dữ liệu

• Hoạt động định tuyến sẽ dựa vào 2 cơ chế chính:

– Tạo thông tin định tuyến (Router Discovery)

– Duy trì thông tin định tuyến (Route Maintanance)

• Các giao thức cơ bản như: AODV, TORA, DSR, LAR…

19

2.4.1. Giao thức DSR (Dynamic Source Routing )

• Cơ chế tạo thông tin định tuyến

20

2.4.1. Giao thức DSR (Dynamic Source Routing )

• Cơ chế duy trì thông tin định tuyến

– Trường hợp node không truyền được gói tin đến node kế tiếp theo đường đi đã khám phá -> gởi gói tin lỗi RRER về nguồn

– Nguồn nhận gói tin lỗi sẽ xóa con đường liên quan đã lưu trong router cache.

– Nếu có nhu cầu truyền dữ liệu:

• Node sẽ sử dụng đường khác nếu đã tồn tại trong router cache

• Ngược lại, sẽ khởi động tiến trình tạo thông tin định tuyến

21

2.4.2. Giao thức AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector)

• Cơ chế tạo thông tin định tuyến

22

2.4.2. Giao thức AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector)

• Cơ chế duy trì thông tin định tuyến

– Trường hợp node không truyền được gói tin đến node kế tiếp theo đường đi đã khám phá -> gởi gói tin lỗi RRER về nguồn cùng với việc tăng số Sequence Number lên 1 đơn vị.

– Nguồn nhận gói tin lỗi sẽ xóa con đường liên quan đã lưu trong router cache.

– Nếu có nhu cầu truyền dữ liệu:

• Node sẽ sử dụng đường khác nếu đã tồn tại trong router cache

• Ngược lại, sẽ khởi động tiến trình tạo thông tin định tuyến

23

2.5. So sánh hoạt động của AODV và DSR

• Giống nhau

– Tiến trình khám phá đường được thực hiện bằng cách gởi quảng bá và nhận phản hồi

– Thông tin định tuyến được lưu trữ tại node trung gian

– Các node trung gian đều có khả năng học đường về đích và nguồn

• Khác nhau

– Mỗi node trong DSR luôn duy trì toàn bộ thông tin đường đi về đích và nguồn. AODV chỉ duy trì thông tin node hàng xóm

– AODV có kiểm tra tính hiệu lực của đường đến đích trong trường hợp tìm thấy trong Router cache

– Trong quá trình gởi gói tin phản hồi, AODV có lựa chọn đường đi ngắn nhất

24


• 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 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 năng áp dụng của các giao thức trong từng mô hình mạng khác nhau

25

Chương 3: Mô phỏng và đánh giá hiệu suất một số giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET

3.1. Giới thiệu môi trường mô phỏng NS

3.2. Mô phỏng mạng không dây trong NS

3.3. Thiết kế mô hình mạng để mô phỏng cho các giao thức định tuyến theo yêu cầu trên mạng MANET

26

3.1. Giới thiệu môi trường mô phỏng NS

• NS (Network Simulation) là phần mềm chuyên dùng để mô phỏng các giao thức mạng.

• Ngôn ngữ sử dụng trong NS: C++ và Otcl

• Kịch bản Otcl có thể thực hiện các công việc:

– Khởi tạo bộ lập lịch sự kiện

– Thiết lập mô hình mạng

– Thiết lập các traffic…

• Minh họa mô phỏng sẽ được thể hiện trên NAM (Network Animator) và kết quả mô phỏng được lưu trữ vào file trace

27

3.2. Mô phỏng mạng không dây trong NS

• Công cụ mô phỏng mạng wireless trong NS được xây dựng bởi nhóm Monarch tại trường CMU.

• Cấu trúc một node mạng di động Ad Hoc:

– Tầng MAC: được 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 hơn các gói tin dữ liệu

28

3.3. Thiết kế mô hình mạng để mô phỏng cho các giao thức định tuyến theo yêu cầu trên mạng MANET

• Mô hình Ad Hoc gồm 50 node di chuyển ngẫu nhiên trong khu vực bán kính 3800m

• Các gói tin phát theo dịch vụ CBR (Constant Bit Race)

29

3.4. Phân tích kết quả mô phỏng

• Các tham số phân tích trong kết quả mô phỏng

– Tỉ lệ gói tin phát thành công

– Trễ trung bình của hệ thống

– Khả năng đáp ứng trong trường hợp các node di chuyển dẫn đến tôpô mạng thay đổi

• Các trường hợp thực hiện mô phỏng

– Tất cả các node trong hệ thống đứng yên:

• Số lượng nguồn phát không thay đổi

• Số lượng nguồn phát thay đổi theo thời gian

– Tất cả các node di động

30

3.4.1. Trường hợp các node đứng yên

• Để đánh giá khả năng sử dụng lại đường đi đã khám phá, chúng tôi thực hiện 2 trường hợp mô phỏng:

– Cố định nguồn phát với 10, 15, 20, 25 và 30 nguồn thực hiện trong thời gian 10 giây

– Thay đổi số lượng nguồn phát theo thời gian: 10s đầu tiên với 10 nguồn, 10s tiếp theo với 15 nguồn, 10s tiếp theo với 20 nguồn, 10s tiếp theo với 25 nguồn và 10s tiếp theo với 30 nguồn

31

3.4.1. Trường hợp các node đứng yên

32

3.4.2. Trường hợp các node di chuyển

• Để đánh giá khả năng đáp ứng của hệ thống khi các node di chuyển ngẫu nhiên, chúng tôi thực hiện mô phỏng trong các trường hợp:

– Mạng có 10 nguồn phát di chuyển ngẫu nhiên với thời gian mô phỏng 50s



33


34


35

Đánh giá hiệu năng hoạt động của AODV và DSR

• DSR cho kết quả tốt hơn AODV trong hầu hết các trường hợp mạng có số nguồn phát ít và mức độ di chuyển không cao

• Tuy nhiên, trong trường hợp mạng di chuyển nhiều, số lượng nguồn phát tăng hiệu suất của DSR giảm rõ rệt.

• Kết quả đánh giá trên chỉ là tương đối, cần phải thực hiện mô phỏng trên những mô hình mạng phức tạp.

• Hướng phát triển đề tài:– Nghiên cứu một số giao thức áp dụng cả hai cơ chế

định tuyến theo yêu cầu và theo bảng ghi– Nghiên cứu cải tiến các độ đo hiệu năng để nâng

cao chất lượng truyền thông trên mô hình mạng không dây

36

Tài liệu tham khảo

1. 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.

2. 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.

3. Georgy Sklyarenko (2005), AODV Routing Protocol, Seminar Technische Informatik, Takustr. 9, D-14195 Berlin, Germany.

4. McGraw-Hill/Osborne, Certified Wireless Network Administrator Official Study Guide, Copyright © by Planet3 Wireless, Inc.

5. Stefano Basagni, Marco Conti, Silvia Giordano, Ivan Stojmenovic, Mobile Ad Hoc Networking, Copyright © 2004 by the Institute of Electrical and Electronics Engineers.

6. Subir Kumar Sarkar, T G Basavaraju, C Puttamadappa, Ad Hoc Mobile Wireless Network, Copyright © 2008 by Taylor & Francis Group, LLC

7. Tao Lin (2004), Mobile Ad Hoc Network Routing Protocols: Methodologies and Applications, Blacksburg, Virginia.

8. Yinfei Pan, Suny Binghamton (2006), Design Routing Protocol Performance Comparison in NS2: AODV comparing to DSR as Example.

9. 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.

10. http://vi.wikipedia.org11. http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/index.html12. http://www.geocities.com/tracegraph/13. The network simulator - ns-2. http:// www. isi.edu/nsnam/ns/14. The ns Manual. http://www.isi.edu/nsnam/ns/doc/index.html

http://www.geocities.com/tracegraph/

Documents

Bai Giang Ve Manet