Giao thức định tuyến mạng MANET

Mạng MANET l Mobile Adhoc Network. l Gồm các thiết bị di động, kết nối không dây l Multi-hop routing

Thách thức trong định tuyến cho mạng MANET l Cần định tuyến động

¡ Topo thay đổi rất thường xuyên

l Cần giữ lượng thông tin điều khiển định tuyến tối thiểu ¡ Wireless à băng thông thấp ¡ Mobile à năng lượng thấp ¡ Cần giảm thiểu số lượng các gói tin điều khiển định

tuyến ¡ Cần giảm thiểu lượng thông tin trạng thái lưu tại mỗi

nút.

Các giao thức định tuyến trong mạng MANET l Topology based routing

¡  Proactive approach, e.g., DSDV. ¡  Reactive approach, e.g., DSR, AODV, TORA. ¡  Hybrid approach, e.g., Cluster, ZRP.

l  Position based routing ¡  Location Services:

l DREAM, Quorum-based, GLS, Home zone etc. ¡  Forwarding Strategy:

l Greedy, GPSR, RDF, Hierarchical, etc.

Routing Protocols l  Reactive (On-demand) protocols

¡ Khám phá đường đi khi cần ¡ Quá trình tìm kiếm được khởi tạo từ nguồn

l  Proactive protocols ¡ Tìm kiếm đường đi ngắn nhất theo các giao thức định tuyến

phân tán truyền thống ¡ Cần các quá trình cập nhật thông tin định tuyến thường

xuyên. Lượng thông tin điều khiển định tuyến lớn

l  Vấn đề cân đối giữa 2 phương pháp ¡ Thông lượng để cập nhật trạng thái vs. thông lượng để khám

phá đường đi ¡ Định tuyến dữ liệu theo các tuyến đường cũ vs. trễ khi khám

phá đường đi.

Reactive (on-demand) routing: l Định tuyến khi cần

0

5

1

2

4

3

query(0)

query(0)

query(0)

query(0)

query(0)

query(0)

query(0)

reply(0)

reply(0)

reply(0)

Ưu điểm: ¡ Không tạo trước một cấu trúc

định tuyến nào (bảng định tuyến)

¡ Không cần các cập nhật định kỳ ¡ Thích nghi với sự thay đổi

động của mạng

Nhược điểm: l  Overhead do phát tán thông tin

khám phá lớn ¡ Độ trễ đến thời điểm tìm được

đường đi lớn.

Reactive Routing – Định tuyến nguồn l  Nguồn sẽ phát tán (kiểu ngập lụt) trong mạng bản

tin route request khi có yêu cầu về đường đi đến một đích. ¡ Phát tán xuất phát từ nguồn ¡ Ngập lụt = mọi nút trong mạng đều nhận được yêu cầu

1 lần l  Đích trả lời bằng cách gửi bản tin route reply

¡ Trả lời bằng cách sử dụng đường đi xác định bởi route request

¡ Thiết lập đường chuyển dữ liệu

l  2 giao thức đặc trưng: DSR and AODV

Dynamic Source Routing (DSR) l Quá trình hợp tác giữa các nút l Hoạt động trên bán kính mạng nhỏ (5-10 hops) l Hoạt động trên các liên kết 1 chiều và 2 chiều

A

B

C

E

D

G

H

F

A

A

A-B

A-C

A-C-E

A-C-E A-C-E

A-B-D

A-B-D-G A-B-D-G A-B-D-G

Route Discovery

A-B-C

A-B-C

Route Request (RREQ)

Route Reply (RREP)

Initiator ID

Initiator seq#

Target ID Partial route

RREQ FORMAT

Route Discovery: ở nguồn A A need to send to G

Lookup Cache for route A to G

Route found

?

Start Route Discovery Protocol

Continue normal

processing

Route Discovery finished

Packet in

buffer?

Send packet to next-hop done

Buffer packet

no

Write route in packet header

yes

yes

no

wait

Route Discovery: Ở nút trung gian

Accept route request packet

<src,id> in recently

seen requests

list?

Discard route

request

yes

no Host’s address

already in patrial route

Discard route

request

yes

Store <src,id> in list

Broadcast packet

Send route reply packet

done

myAddr=target

no Append myAddr to

partial route no

yes

DSR - Route Discovery l  Route Reply chứa thông tin đường đi tìm được được

gửi bởi đích l  Mỗi nút chứa một Route Cache chứa các bản ghi

đường đi mà nút này học được (nhận được) trong quá trình hoạt động

l  Toàn bộ đường đi sẽ được đưa vào header của gói tin cần vận chuyển (khác AODV).

Duy trì đường đi l  Đường đi được duy trì chỉ khi nó vẫn đang được sử

dụng l  Phát hiện lỗi:

¡ Kiếm soát tính hợp lệ của các đường đi đang có bằng cách nghe thụ động các quá trình truyền dữ liệu của các nút hàng xóm

¡ Nhờ cơ chế ACK của tầng thấp hơn. l  Khi phát hiện có vấn đề, gửi bản tin Route Error về

nguồn để thực hiện một quá trình khám phá đường đi mới.

A

B

C

E

D

G

H

F

G

RERR RERR

Route Cache (A) G: A, B, D, G G: A, C, E, H, G F: B, C, F

Duy trì đường đi

Tóm tắt về DSR

" Hoàn toàn on-demand, nói chung không gây overhead " Loop-free " source routing " Hỗ trợ cả liên kết unidirectional và bidirectional. " Có độ trễ truyền/jitters gây ra do on-demand routing " Đòi hỏi không gian lưu trữ đường đi trong caches

AODV Routing Protocol

l  AODV = Ad Hoc On-demand Distance Vector l  Nguồn gửi ngập lụt route request đi toàn mạng. l  Đích D l  Tuyến đường ngược về nguồn được xác định khi

một nút nhận được route request. l  Mỗi nút chỉ forward gói tin request 1 lần (pure

flooding).

A

S E F

B

C

G D

AODV Route Discovery

A

S E F

B

C

G D

l  Reverse paths được tạo khi một nút nhận được một gói route request.

AODV Route Discovery

A

S E F

B

C

G D

l  Reverse paths được tạo khi một nút nhận được một gói route request.

AODV Route Discovery

l Route reply được chuyển ngược lại dựa trên reverse path.

A

S E F

B

C

G D

AODV Route Discovery

l Route reply được chuyển ngược về nguồn sử dụng reverse path … do đó tạo lập forward path

l Forward path được dùng để vận chuyển dữ liệu từ nguồn đến đích sau này.

l Các nút trung gian lưu bảng định tuyến có next hop trong forward path hướng đến đich (khác DSR)

A

S E F

B

C

G D

Vấn đề hết hạn của tuyến đường

l Đường đi không sử dụng sẽ hết hạn theo timers. ¡ Đường đi được lưu trong bảng định tuyến

khi chưa hết hạn

A

S E F

B

C

G D

AODV

l Một nút trung gian biết đường đi tới Đích sẽ trả lời lại nguồn bằng cách gửi gói tin route reply ¡ Giúp quá trình tìm đường đi diễn ra nhanh hơn.

l Tuy nhiên hình thức trả lời này có thể gây ra lặp khi có các kết nối bị lỗi. ¡ Kết nối bị lỗi từ nút trung gian đến đích trong khi nút

này không biết.

AODV: Lặp do lỗi

l  Giả sử, C-D bị lỗi nút A không biết (do gói tin Route error từ C bị mất).

l  C thực hiện route discovery tìm đường đến D. l  Nút A nhận được RREQ (qua đường C-E-A) l  Nút A trả lời vì A biết đường đi tới D qua B l  Kết quả tạo ra đường đi có lặp từ C-D: C-E-A-B-C

A B C D

E

AODV: Sử dụng Sequence Numbers l Mỗi nút X có một số sequence number

¡ Hoạt động như một nhãn thời gian ¡ Seq# tăng mỗi khi X gửi một gói tin (có thể là RREQ

hoặc RREP)

l Mỗi tuyến đường đến X (tại nút Y) cũng có Seq# là số Seq# mới nhất của X mà Y biết.

l Seq# thể hiện tính “tươi” của một tuyến đường ¡ Càng lớn thì càng “tươi”

AODV: Sử dụng Sequence Numbers

l Tránh lặp: Nút trung gian gửi RREP (thay vì forward RREQ) chỉ khi nó có một tuyến đường có seq# lớn hơn seq# trong bản tin RREQ.

S Y D ?

Dest seq. no. = 10 Has a route to D with seq. no = 7 Seq. no. = 15

RREQ carries 10 Y does not reply, but forwards the RREQ

Tránh lặp

l  Sự kiện lỗi trên liên kết C-D làm cho tăng DSN ở C (sẽ tăng lên 10).

l  Nếu C cần một đường đi đến D, nó sẽ phát bản tin RREQ với DSN (10).

l  A sẽ không trả lời vì DSN của nó <10.

A B C D

E 10 9

9

7

5 Tất cả các DSN hiển thị là của D

DSN = Destination Sequence Number.

Duy trì đường đi

l  Các nút không nằm trên các tuyến đường “active” di chuyển thì cũng sinh ra sự kiện gì

l  Nếu nguồn di chuyển è khởi tạo lại quá trình khám phá đường đi l  Khi đích hoặc các nút trung gian di chuyển

¡ Một số liên kết bị đứt ¡ Nút phía đầu liên kết bị đứt broadcast gói tin Route Error (RERR) ¡  RERR chứa danh sách tất cả các đích không thể đi đến được do liên

kết bị đứt

Source

Destination 1

2

3

4

3’

Source

Destination 1

2 4

3’

Tóm tắt về AODV l AODV duy trì tối đa 1 tuyến đường cho 1 đích

¡ Khi 1 liên kết đứt, tất cả các tuyền đường sử dụng liên kết đó bị xóa.

l Tuyến đường hết hạn theo cơ chế timeout. l Sử dụng Seq để tránh lặp.

Acknowledgements l DSR Slides:

¡ Yinzhe Yu (umn.edu)

Tìm hiểu các giao thức định tuyến trong MANET l Các nhóm 3 người tìm hiểu về hoạt động

của các giao thức sau và trình bày. ¡ DSDV:

Perkins, Charles E.; Bhagwat, Pravin (1994). "Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing (DSDV) for Mobile Computers” http://wireless.cs.tku.edu.tw/~kpshih/course/wireless94/DSDV.pdf

¡ AODV: RFC 3561 ¡ OLSR: RFC 3626