TỔNG QUAN TÌM HIỂU MẠNG

MANET

MỤC LỤC

Chương 1 : Giới thiệu mạng MANETChương 2 : Kỹ thuật và ứng dụng mạng MANET2.1 Kỹ thuật mạng MANET

2.1.1.Mô hình phân lớp mạng OSI trong mạng Ad học 2.1.2.Chuẩn Bluetooth2.1.3.Chuẩn IEEE 802.11

2.2 Những ứng dụng trong mạng MANET2.2.1.Trong quân sự2.2.2Trong mạng cục bộ2.2.3. Trong trường hợp khẩn cấp2.2.4. Mạch mạng cảm biến không dây

Chương 3 : Multicast trong MANETOn Demand Multicast Routing Protocol (ODMRP )Multicast Ad hoc On-demand Distance Vector Routing Protocol (Multicast

ADODV )Fowarding group multicast protocol (FGMP)

Chương 4 :Định tuyến trong môi trường MANETCác nghi thức trong định tuyến mạng cố địnhCác nghi thức định tuyến trong mạng MANET:4.1 Proactive protocols4.1.1.The destination Sequenced Distance vector (DSDV)4.1.2.The Optimizrd Link State Routing (OLSR)4.1.3.The Fisheye State Routing (FSR)4.2.Reactive Protocols4.2.1.The Dynamic Source Routing (DSR)4.2.2.The Ad hoc On demand Distance Vector (AODV)4.3.Hybrid protocol: ZRP

1. GIỚI THIỆU CHUNG:

Trong những năm gần đây,với sự phát triển nhanh chóng các thiết bị di dộng ( Laptop,personal digital assistant PDA,các thiết bị kỹ thuật số cầm tay….) đã tạo nên một cuộc cách mạng mới trong ngành diện toán.Với yêu cầu đòi hỏi mạng mạng tính linh động và có thể kết nối mọi lúc,mọi nơi mà không bị giói hạn về kiến trúc hạ tầng mà mạng máy tính truyền thống đòi hỏi ( như trạm thu phát gốc,Access point,các bộ định tuyến),mô hình mạng MANET đã đươc hình thành và phát triền ngày cang hoàn thiện.

Mạng Mobile Ad Hoc Network là một hệ thống những điểm mạng không dây trong đó nhưng điểm mạng (node ) có thể di chuyển tự do và tự tổ chức thành mô hình mạng bất kỳ và mang tính nhất thời,cho phép người sử dụng có thể cấu thành một internetwok mà không đòi hỏi bất kỳ cơ sở hạ tầng nào về vấn đề thông tin liên lạc.

Là một mạng lưới truyền dữ liệu,mạng MANET cũng chịu ảnh hưởng của những khó khăn của mạng không dây truyền thống như vấn đề băng thông đường truyền,điều khiển năng lượng hay nâng cao chất lượng cũng như tốc độ đường truyền. Bên cạnh đó, với bản chất là một mạng linh động về hình dạng, cấu hình mạng thay đổi liên tục ngẫu nhiên và thiếu các cơ sở hạ tầng cố định đã làm nảy sinh thêm vấn đề về tìm đường, duy trì đường truyền trong quá trình truyền tải dữ liệu. Những đăc điểm chính của mạng MANET bao gồm:

-Cấu hình mạng thay đổi liên tục và bất kỳ trong quá trình truyền dữ liệu-Do việc sử dụng kênh truyền không dây dẫn đến sự hạn chế về dung

lượng và băng thông.-Hạn chế về mặt bảo mật các kênh truyền.-Do bản chất là sự lan truyền sóng vô tuyến nên chịu ảnh hưởng của sự

mất mát gói dữ liệu lớn, chịu delay lớn hơn mạng cố định.-Các node mạng trong mạng Ad hoc sử dụng nguồn năng lượng chủ yếu là

pin.Vì thế tiết kiệm năng lượng là một tiêu chuẩn quan trọng trong việc thiết kế hệ thống.

Một đặc điểm quan trọng khác của mạng Ad hoc là sự độc lập về cấu trúc và quyền ưu tiên, cung cấp một tiềm năng lớn cho người sử dụng. Mô hình mạng đơn giản nhất có thể tạo ra với chỉ 2 nodes mạng ở khoảng cách đủ gần để có sự lan truyền sóng đảm bảo cho sự truyền thông tin giữa các nodes.

2.KỸ THUẬT MẠNG MANET VÀ CÁC ỨNG DỤNG:2.1 Kỹ thuật mạng MANET:2.1.1Mô hình phân lớp mạng OSI trong mạng Ad học :

Mô hình OSI-Open System Interconnection bản chất gồm có 7 phân lớp mạng,được ISO đưa ra vào năm 1978 để chuẩn hóa lại cho dễ phát triển và cho phép khả năng kết hợp giữa những dòng sản phẩm khác nhau trong một mạng.7 phân lớp đó bao gồm : Application > Presentation > Session > Transport > Network > Data link > Physical

Ở đây ta tạm thời không quan tâm nhiều đến 3 phân lớp đầu và tạm thời xếp chung chúng lại thành một phân lớp chung là lớp ứng dụng APPLICATION.Sau đây ta sẽ lần lượt phân tích đặc điểm từng phân lớp:

Lớp ứng dụng APLLICATION :Lớp ứng dụng là lớp gần gũi với người dùng hơn hết,nó cung cấp

các ứng dụng của người dùng.Nó khác các lớp khác ở chổ không cung cấp dịch vụ cho bất kỳ lớp nào khác,thay vì vậy,nó chỉ cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng nằm bên ngoài mô hình OSI.Các chương trình ứng dụng như các chương trình xử lý bảng tính,các chương trình xử lý văn bản ,các chương trình đầu cuối….Lớp ứng dụng thiết lập tính sẵn sàng cho cácđối tác thông tin,đồng bộ hoá và thiết lập tính nhất quán trên các thủ tục khắc phục lỗi và kiểm soát tính toàn vẹn dữ liệu

Đặc biệt trong mạng Ad hoc thì lớp ứng dụng còn chịu trách nhiệm cho việc cung cấp các ứng dụng liên quan đến vị trí (location based services).

Lớp vận chuyển TRANSPORT:Lớp vận chuyển phân đoạn dữ liệu từ hệ thống truyền và tái thiết

dữ liệu vào một luồng dữ liệu tại host nhận.Lớp vận chuyển cố gắng cung cấp một dịch vụ vận chuyển dữ liệu,tạo nên một dải ngăn cách bảo vệ các

lớp trên tránh các chi tiết hiện thực vận chuyển bên dưới.Đặc biệt các vấn đề như làm thế nào để vận chuyển giữa 2 lớp host thật sự tin cậy là trách nhiệm liên quan đến lớp vận chuyển .Trong việc cung cấp dịch vụ truyền thông,lớp vận chuyển thiết lập,duy trì và kết thúc một cách tốt đẹp các mạch ảo.Trong việc cung cấp các dịch vụ tin cậy ,sự phát hiện lỗi,khắc phục lỗi cũng như điều khiển luồng thông tin đều được dử dụng triệt để.

Trong môi trường MANET,sự di chuyển các node sẽ làm cho gầu hết các gói nhận đều không theo đúng thứ tự do sự trễ của gói ACK.Đối với mạng MANET có môi trường tĩnh thì sự mật mát gói chủ yếu do lỗi trong kênh truyền không dây.Sự truyền lại là rất hạn chế vì tiêu tốn năng lượng .Vì thế khi thiết kế một lớp vận chuyển hiệu quả cho MANET,những vấn đề sau cần được quan tâm.

Kích thước của sổ phải được điều chỉnh sao cho không chỉ phù hợp với lỗi kênh truyền và trễ đầu cuối,mà còn phải phù hợp với sự di chuyển cơ động giữa các nodes. Như đã đề cập ở trên,trong mạng Ad hoc ổn định thì mất mát gói là do lỗi của kênh truyến và do trễ đầu cuối.

Thời gian Time-out dùng để chỉ khoảng thời gian giao thức phải chờ trước khi gởi lại phải được tính toán sao cho phù hợp với sự cơ động của mạng .Rõ ràng nếu khoảng thời gian này giảm xuống sẽ làm tăng số lần gởi lại và nếu tăng time-out lên thì sẽ giảm số lượng gói vào đưa vào mạng.

Nguồn gốc của việc điều khiển tắc nghẽn là dựa trên sự trễ của quá trình xác nhận.Điều này ko chắc chắn là tốt đối với mạng Ad hoc vì trễ ở đây là do lỗi kênh truyền,kết nối bị hỏng (do các node di chuyển) và sự đụng độ ở lớp MAC mà nguyên nhân không chỉ do lưu thông của mạng mà còn do độ lớn (số lượng node) của mạng.

Các nghiên cứu về giao thức lớp vận chuyển dành cho MANET tập trung cho việc phát triển cơ chế phản hồi sao cho giúp lớp vận chuyển nhận biết được sự cơ động của mạng,điều chình thời gian time-out và kích thước cửa sổ cho phù hợp và thực hiện điều khiển tắc nghẽn dựa vào nhiều thông tin trên mạng hơn.Chẳng hạn khi một phiên được bắt đầu,lớp vận chuyển giả sử rằng tuyến đã tuyến đã sẵn sang cho một khoảng thời gian.Khi tuyến có thay đổi,lớp vận chuyển sẽ được thông báo.Sau đó việc truyền dữ liệu sẽ được tạm ngưng cho đến khi có tuyến mới được thiết lập.

Lớp mạng NETWORK: Đối với lớp mạng thì nhiệm vụ quan trọng nhất của nó là định tuyến.Những khó khăn gặp phải của mạng Ad hoc trong vấn đề định tuyến bao gồm:

- Node trong MANET thông thường gồm các thiết bị cầm tay và laptop với lượng tài nguyên hạn chế

- Node trong MANET thường di chuyển liên tục.Vì thế để đáp ứng với cấu hình mạng thay đổi liên tục,giao thức định tuyến của mạng Ad hoc phải tìm được và thay thế thật nhanh cho giao tuyến cũ đã bị hư.Tuyến mới

tìm được càng nhanh thì càng quyết định tính hiệu quả của giao thức định tuyến

Lớp liên kết dữ liệu DATA LINK: - Được CISCO chia làm 2 lớp con LLC ( Logical link control ) và

MAC ( Media Acess Control ). Lớp MAC chịu trách nhiệm quản lý việc truy xuất kênh truyền , và LLC thì liên quan đến việc duy trì kết nối ,đóng frame dữ liệu , đồng bộ , phát hiện lỗi , khả năng phục hồi và điều khiển luồng thông tin

- Có 2 kỹ thuật dùng để xây dựng nên mạng Ad hoc : IEEE 802.11 (chuẩn mạng cục bộ không dây WLAN) và công nghệ Bluetooth (Chuẩn mạng cục bộ cá nhân WPAN ).Bluetooth và IEEE 802.11 là đặc trưng của 2 phương pháp đa truy cập mạng : truy cập ngẫu nhiên và truy cập theo kiểu token ( node nào nhận được token mới được phép truyền dữ liệu ).Do tính mềm dẻo vốn có của cách truy cập ngẫu nhiên (các node được di chuyển không giới hạn ) nên ủy ban IEEE K.11 quyết định thông qua cách truy cập ngẫu nhiên, dựa trên CSMA cho mạng WLAN.Nói cách khác truy cập kiểu token thích hợp hơn đối với môi trường mạng đòi hỏi về QoS ( Quality of service )

Trong mạng có cơ sở hạ tầng có node điều khiển trung tâm cho mỗi cell,thường là access point.Access point được kết nối với mạng có dây. Tất cả lưu lượng đều đi qua Access point này ngay cả khi một thiết bị dữ liệu cho thiết bị cho thiết bị đích thực thuộc cùng một cell.Các cell kế cận sử dụng tần số khác nhau để tránh nhiễu và tăng dung lượng cell.Tất cả các cell link liên kết với nhau ở lớp LLC

Trong mạng Ad hoc,mỗi thiết bị nằm trong cùng một cell hay Independent Basic Service Set ( IBSS ) ,do đó các thiết bị có thể giao tiếp trực tiếp với các thiết bị 802.11 trong cùng một cell mà không cần bất cứ sự can thiệp nào của node điều khiển trung tâm.802.11 giúp mạng Ad hoc tiết kiệm công suất.Điều này rất quan trọng đối với mạng Ad hoc

Giao thức multicast trong mạng có dây bao gồm 2 giao thức :-Shortest path multicast tree-Core-based trees multicast protocol

Thông thường có 2 tiêu chuẩn mạng Ad Hoc phải đáp ứng:-Chuẩn 802.11 chuẩn cho mạng WLANS-Chuẩn kỹ thuật Bluetooth dành cho short-range wireless

communication

2.1.2.Chuẩn IEEE 802.11:IEEE 802.11 được thiết lập năm 1978 bởi Institude of Electrical and

Electronic Engineers ( IEEE ).IEEE 802.11 là chuẩn truyền dữ liệu số không dây ở băng tần 2.4 Ghz IMS.Có 3 công nghệ khác nhau được sử dụng để xây dựng lớp vật lý là : tia hồng ngoại,frequency hopping spread spectrum ( FHSS ), Direct sequence spread spectrum ( DSSS ).Công nghệ phổ biến nhất hiện nay là DSSS,sử dụng công nghệ có thể cung cấp tốc độ trên 11 Mbps ở băng tần 2.4 Ghz,và trong tương lai có thể trên 54 Mbps ở băng tần 5 Ghz.

Phương thức truy cập cơ bản của 802.11 MAC là Carrier Sense Multiple Acess with Collision Aviodance ( CSMA/CA ).Chuẩn 802.11 có thể sử dụng cho cả mạng WLAN có cơ sở hạ tầng và cả mạng Ad hoc LAN. Giao thức 802.11 cung cấp 2 tiện ích:

-BSS( Basic Set Service): kết nối các thiết bị không dây đầu cuối với AP (Acess protocol)

-IBSS(Independence Basic Set Service);phương thức kết nối theo kiểu Ad hoc các thiết bị đầu cuối mà không cần kiến trúc hạ tầng và AP 36

Các chuẩn 802.11 thông dụng:Thông dụng : 802.11a,802.11b,802.11gBảo mật : 802.11iĐang phát triển: 802.11nCác chuẩn khác cùng họ như c-g,h,j đang được cải tiến và mở rộng,sửa lỗi802.11b được áp dụng rộng rải đầu tiên,kế đó là 802.11a,802.11g

Chuẩn 802.11b và 802.11g phát ở băng tần 2.4GHz,do đó có thể bị ảnh hưởng bởi Microwave,cordeless telephone và Bluetooth,và các thiết bị khác dung cùng band tầnChuẩn 802.11a phát ở băng tần 5Ghz nên ko bị ảnh hưởng bởi các thiết bị hoạt động ở băng tần 2.4GHz

Các thông số kỹ thuật của chuẩn 802.11 và Bluetooth.

2.1.3.Chuẩn Bluetooth:Bluetooth là chuẩn truyền dữ liệu số không dây hoạt động ở băng tần

2.4Ghz ISM, với khoảng cách truyền ngắn giữa các laptop, cellphone, hay các thiết bị khác. Bluetooth sử dụng kỹ thuật nhảy tần số (frequency hopping) để truyền dẫn dữ liệu, tốc độ truyền dẫn 1600 hop trên một giây. Thời gian giữa hai hop gọi là “slot”, mỗi slot sử dụng các tần số khác nhau. Mỗi hop chọn ngẫu nhiên 1 trong số 79 tần số. ở một số quốc gia, băng thông sẵn có là 80MHz vì thế mỗi hop chiếm băng tần 1 MHz.

Bluetooth phát tín hiệu rất bé, chỉ 1mW, cong suất phát của các cellphone chỉ 3W, vì thế khoảng cách truyền dẫn trong Bluetooth ở tầm 10m. Công nghệ Bluetooth được cấu trúc thành mạng ad hoc piconet, với hai hay nhiều thiết bị mà không cần bất cứ một cơ sở hạ tầng nào cả. Trong một piconet gồm có một thiết bị master và nhiều thiết bị slave. Một thiết bị slave có thể thuộc nhiều piconet, nhưng master chỉ thuộc một piconet.Khi các piconet chồng trập lên nhau sẽ tạo nên Scatternet.

Công nghệ Bluetooth dựa trên chi phí thấp, khoảng cách truyền dẫn ngắn, cho phéo truyền dẫn thoại và dữ liệu trong môi trường tĩnh và di động, tốc độ symbol của Bluetooth là 1Mb/s. Bluetooth kết hợp chuyển mạch và chuyển mạch gói. Có hai liên kết vật lý được định nghĩa trong Bluetooth:

The Synchronous Connection-Oriented Link (SCO).The Asynchronous Connetionless Link (ACK).

Cấu trúc piconet Cấu trúc Scatternet

Kiến trúc Bluetooth:

Kiến trúc Bluetooth được chia làm bốn nghi thức lõi:-Baseband and Link control (BLC).-Link Manager Protocol (LMP).-Logical Link Control and Adaption Protocol (L2CAP).-Service Discovery Control (SDP).

Trong đó, BLC cung cấp một kết nối vật lý giữa các piconet. Có hai kiểu lien kết vật lý được định nghĩa trong Bluetooth: Asynchronous Connectionless

(ACL), Synchronous Connection-Oriented (SCO). Trong mode ACL, việc thông tin nhanh hơn SCO bởi vì thiết bị chỉ phát và nhận dữ liệu tại bất kỳ thời điểm chỉ đối với các gói dữ liệu, còn mode SCO thiết bị có thể nhận và phát dữ liệu tại cùng một thời điểm đối với các gói audio hoặc dữ liệu.

LMP thiết lập một lien kết vật lý và quản lý mã hóa và xác thực. LMP cũng duy trì trạng thái kết nối của các thiết bị trong piconet.

L2CAP hoạt động ở nghi thức lớp cao hơn BLC. Nó cung cấp các dịch vụ dữ liệu. L2CAP chỉ định nghĩa ACL chứ không hỗ trợ SCO.

2.2 Những ứng dụng trong mạng MANET:2.2.1.Trong quân sự:Quân sự là động lực chính để phát triển mạng Ad hoc. Do mạng ad hoc không đòi hỏi sự điều khiển từ trung tâm cũng như tồn tại một cơ sở hạ tầng sẵng có nên nó rất hoàn hảo cho các ứng dụng quân sự. Trên chiến trường, binh lính có thể lien lạc với nhau bất kỳ lúc nào và bất kỳ nơi đâu.

2.2.2Trong m,ạng cục bộ:Có lẽ đây là mạng mà chúng ta có thể gặp được dễ dàng trong các hội nghị hoặc trong lớp học, khi các node muốn kết nối với nhau để truyền và nhận dữ liệu. Vấn đề cần được đảm bảo ở đây là chất lượng truyền QoS.

2.2.3. Trong trường hợp khẩn cấp:Do đặc tính không cần cơ sở hạ tầng có định cũng như sự quảng trị nên mạng Ad hoc cũng rất phù hợp trong các tình huống mà ở đó hạ tầng mạng bị phá hủy hoặc không sẵn có do một nguyên nhân nào đó. Mục đích của việc thiết lập MANET trong tình huống này là giúp cho các thiết bị di động có thể lien lạc được với nhau và sử dụng các dịch vụ mạng vốn dĩ rất quan trọng trong công tác cứu hộ.

2.2.4. Mạch mạng cảm biến không dây:Những nghiên cứu gần đây tập trung vào những mạng gồm các thiết bị cảm biến. Wireless sensor network sử dụng các sensor để thu thập thông tin và truyền tới một bộ phận xử lý trung tâm. Khi một cảm biến được đặt thì vị trí của nó luôn cố định. Công nghệ này rất hữu ích với những môi trường mà chúng ta không thể cung cấp một mạng có cơ sở hạ tầng. chẳng hạn như là trong môi trường nhiễm xạ hóa học, thay vì phải gởi đến một đội cứu hộ khẩn cấp thì chỉ việc lắp đặt các sensor để tạo thành một mạng ad hoc.

3.MULTICAST PROTOCOL TRONG MANET:Trong môi trường mang tính linh động cao như MANET,mô hình giao

thức multicast truyền thống cho mạng có dây đã không còn đáp ứng được yêu cầu .Bởi vì các node di chuyển linh động và mô hình mạng thay đổi liên tục không xác định trước được

Ở phần tiếp theo đây xin được trình bày một vài phương thức multicast trong mạng MANET:

3.1.On Demand Multicast Routing Protocol (ODMRP )Trong ODMRP ,các node thành viên của mạng lưới và thông tin đường

truyền giữa các node được thiết lập và update liên tục.Ví dụ trong hình 2.4a,nguồn S muốn gởi thông tin cho các node khác trong mạng nhưng không có đường liên kết trực tiếp,lúc này S sẽ gởi 1 gói thong tin có tên JOIN_DATA đến toàn bộ các node trong mạng.Gói thông tin này sẽ được phát định kỳ để lien tục cập nhật thong tin đường truyền giữa các node.Khi 1 node trung gian nhận gói thông tin JOIN_DATA,nó sẽ thêm vào thông điệp source ID và lưu vào nơi lưu trữ thông điệp ( message cache ) đồng thời tiếp tục phát cho các node lân cận gói thông tin trên.Khi một node nhận JOIN_DATA,nó sẽ tạo và phát JOIN_TABLE đến các node lân cận.Nếu 1 node nhận được JOIN_TABLE,việc kiểm tra lại ID sẽ được tiến hành.Nếu là cùng ID ,cờ FG_FLAG ( Forwarding group flag ) được set và node này được nhận là một phần đường truyền.Bằng cách này mỗi node sẽ lan truyền JOIN_TABLE đến khi trở lại về nguồn phát S thông qua con đường được chọn ngắn nhất.Hình 2.4b mô tả phương thức gói thông tin được gởi trở về S.Khi nhận JOIN_TABLE ,mỗi node phải tạo ra multicast table của chính nó để truyền tiếp cho các gói tin tiếp theo.Ví dụ khi B nhận JOIN_TABLE của R2,nó sẽ nhận R2 như điểm nhảy tiếp theo.Và phương thức lan truyền cuối cùng được mô tả như trong hình 2.4c .Toàn bộ các bước định đường từ source đến receiver và thiết lập

mạng lưới như trên gọi là forwarding Group

Sau khi forwarding group được thiết lập và đường truyền đã được xác định ,nguồn S có thể gởi các gói thông tin đến các receiver thông qua các tuyến định sẵn .Khi có thông tin cần truyền đi ,nguồn S sẽ phát định kỳ gói JOIN_DATA để liên tục refresh forwarding group và các tuyến .Khi nhận thông tin,một node sẽ phát tiếp gói thông tin cho gói tiếp theo nếu cờ FG_FLAG vẫn còn được set .Thủ tục này giúp giảm thiểu việc gởi thông tin không cần thiết và việc gởi gói hang về theo đường cũ.

3.2.Multicast Ad hoc On-demand Distance Vector Routing Protocol (Multicast ADODV )

Giao thức định đường MAODV phát triển multicast routes on demand sử dụng cơ chế broadcast routes discovery.Một node mạng sẽ phát đi thông điệp RREQ (route request ) khi muốn tham gia vào một multicast group hoặc khi có thông điệp muốn gởi vào multicast group nhưng không định được đường đến group đó.Hình 2.5a mô tả sự truyền RREQ từ host S(được biểu diển bởi các mũi tên ).Chỉ có những thành viên của multicast group mới có thể nhận được RREQ.Khi 1 node nhận được thông điệp RREQ của một multicast group mà nó không phải thành viên hay khi nhận được RREQ nhưng node này không thiết lập

tuyến đến multicast group được,nó sẽ phát lại thông điệp cho các node kế cận.

Khi RREQ được phát qua mạng,pointer sẽ được các node set up để thiết lập tuyến trở ngược về route tables.Khi node nhận RREQ sẽ update tuyến trong route table.Để tham gia vào RREQ,một entry sẽ được gắn thêm vào multicast route table,entry này sẽ không được kích hoạt cho đến khi được chọn nằm trong multicast tree.

3.3.Fowarding group multicast protocol (FGMP)Trong mạng lưới mang tính linh động cao như mô hình MANET, giao thức multicast dựa trên kết nối upstream và downstream không mang tính hiệu quả cao vì việc tạo ra và duy trì trạng thái kết nối upstream và downstream trong mạng lưới không dây là một việc hết sức khó khăn.Trong FGMP, giao thức không duy trì kết nối mà duy trì một nhóm các node (Forwarding group FG) tham gia vào việc phân tán gói thông tin. Các node trong FG luôn sẵng sàng tham gia vào việc phát tán gói dữ liệu.Vì vậy khi nhận được gói dữ liệu, các node trong FG sẽ tiếp tục phát tán đến các node kế cận. Mọi node trong mạng đều nhận được gói thông tin nhưng chỉ những node trong FG mới có thể tiếp tục truyền gói thông tin trên.

Một ví dụ FGMP

Ví dụ trong hình trên mô tả một multicast group với 2 sender và 2 receiver. Bốn node này chịu trách nhiệm phát tán gói thông tin multicast.

4. ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET Các nghi thức trong định tuyến mạng cố địnhNghi thức định tuyến trong mạng cố định hoạt động dựa trên bảng định tuyến,bảng định tuyến có chức năng lưu trữ đường đi có thể có để đến đích.Để bảng định tuyến phản ánh được cấu hình thật sự của mạng,các node sẽ liên tục cập nhật bảng dịnh tuyến và tính toán lại đường đi đến đích.Hai nghi thức định tuyến được dung cho mạng cố định lá Distance Vector (DV) và Link State (LS)

Distance Vector (DV):mỗi node sẽ gởi đến node kế cận toàn bộ bảng định tuyến của nó.Nó sẽ gởi một cách tuần hoàn hoặc bất cứ khi nào nhận thấy sự thay đổi cấu hình mạng.

Link State (LS):Đối với DV các node sẽ không biết được cấu hình mạng,nhưng với LS,mỗi node sẽ lưu giữ cấu hình mạng.Các node sẽ tiếp nhận trạng thái của các link đến các node kế cận và phân tán nó đến toàn bộ các node trong mạng bằng Link State Packets (LSPs).Việc này được làm một cách tuần hoàn hoặc bất cứ khi nào có sự thay đổi trạng thái các Link.Khi các node nhận được LSPs,nó sẽ cập nhật về trạng thái các link trên toàn bộ mạng.Dựa vào thông tin này,các node sẽ chạy giải thuật tìm đường ngắn nhất và xác định con đường tối ưu

Các nghi thức định tuyến trong mạng MANET:Mặc dù 2 giài thuật trên đều chứng tỏ hiệu quả đối với mạng cố định nhưng nó mất thời gian rất lâu để hội tụ và còn tiêu tốn nhiều tài nguyên để tìm ra những tuyến đường mà có thể không bao giờ phải dung đến.Điều này hoàn toàn không phù hợp với mô hình mạng có cấu hình mạng thường xuyên thay đổi như mạng MANET.Do đó nghi thức định tuyến trong MANET phải được thiết kế sao cho phù hợp với cấu hình thường xuyên thay đổi của mạng,tiết kiệm năng lượng và băng thông. Vấn đề định tuyến trong MANET bao gồm 2 vấn đề:- Tìm tuyến từ nguồn đến đích- Duy trì tuyến trong khi việc truyền dữ kiệu còn đang hoạt độngCác nghi thức định tuyến trong MANET có thể chia làm hai loại:

Proactive: các tuyến được thiết lập khi các node tham gia vào mạngReactive: Các tuyến chỉ được tìm khi cần gởi dữ liệu.Hybrid: Kết hợp cả hai nghi thức trên

4.1 Proactive protocolsTrong nghi thức proactive các node sẽ duy trì bảng đường đi đến mọi node đích trong mạng,vì mục đích này nên các node sẽ định kỳ trao đổi thông tin về đường đi.Tại mọi thời điểm đường đi đến tất cả các đích đều sẵn sang để sử dụng vì thế độ trễ khi bắt đầu gởi dữ liệu là rất bé.Việc duy trì đường đi đến tất cả các node

thường xuyên được cập nhật ngay cả khi chúng không được sử dụng,dẫn đến việc lãng phí băng thông và nguồn tài nguyên vốn hạn chế trong mạng Ad hoc.Việc mạng Ad hoc có cấu hình mạng thay đổi liên tục,dử dụng nghi thức proactive sẽ mất nhiều thời gian cho việc xác định bảng đường đi tại các node và nhiều khi bảng đường đi tạo ra không đạt hiệu quả cấu hình mạng thay đổi liên tục.Vì thế nghi thức proactive chỉ phù hợp với mạng có sự di động các node là rất bé.Các cơ chế chính trong giao thức này là:

-Tăng số lượng thông tin cấu hình mạng lưu trữ trong mỗi node (giúp giảm số vòng lặp và tăng mức độ hội tụ của giao thức)

-Sự thay đổi liên tục của kích thước tuyến-Optimize flooding-Kết nối lớp DV và LS

4.1.1.The destination Sequenced Distance vector (DSDV)Giao thức DSDV là một bảng thuật toán định tuyến dựa trên cơ chế định tuyến cổ điển Bellman-Ford có cải tiến để tránh vấn đề lặp vòng. Mỗi node trong mạng thu thập thông tin định tuyến từ các node lân cận và tính đường đi ngắn nhất đến các node trong mạng. Sau khi tạo ra bảng định tuyến mới, nó sẽ quảng bá bảng định tuyến này đến các node lân cận. Để tránh vấn đề lặp vòng và phân biệt với các tuyến cũ, mỗi node sẽ duy trì một số tuần tự được gán bởi node đích.

4.1.2.The Optimizrd Link State Routing (OLSR)OLSR là giao thức cải tiến giao thức LS truyền thống.Trong LS các node sẽ flood message đến tất cả các node.Điều này sẽ làm lãng phí băng thông và năng lượng của mạng.ý tưởng nổi bật của OLSR là sữ dụng các Multipoint relay nodes (MPR) để gởi thông điệp đến các node trong toàn mạng một cách hiệu quả nhất bằng cách giảm các gói thông tin gởi chồng nhiều lần trong một khu vực.Mỗi node i chọn một cách bất kỳ một số node trong số các node nằm cách node đó một bước nhảy, gọi là bộ các node MPR(i).Các node nằm trong MPR(i) có tính chất: Mỗi node nằm trong hai hop đối xứng kế cận của I phải có link đối xứng về phía MPR(i).Hay nói cách khác, tập hợp toàn bộ các node cách các node trong MPR(i) một bước nhảy bao gồm toàn bộ các node cách i hai bước nhảy.Phương thức dùng MPR cho phép flood thông điệp một cách thật sự hiệu quả: khi node i muốn flood thông điệp đến toàn mạng, node node i chỉ phải gởi thông điệp đến tập các node nằm trong MPR(i),sau đó các node này sẽ lần lượt gởi thông điệp đó đến các node nằm trong MPR của nó.Multipoint Relay selector set (MPR selector set) của một node j bao gồm các node lân cận đã chọn j làm MPR.Mỗi node sẽ gởi định kỳ thông điệp đến MPR selector set một thông điệp điều khiển đặc biệt gọi là Topology control (TC). Bằng cách sử dụng TC, một node sẽ thông báo cho toàn mạng biết nó đã tiến đến các node trong MPR selector set.Thông điệp TC bao gồm một chuỗi số,tăng lên khi MPR selector set thay đổi.

Nhằm tăng khả năng phản ứng với sụ thay đổi của cấu hình mạng,khi có sự thay đổi trong MPR selector set, khoảng thời gian giữa hai lần gởi TC liên tiếp sẽ được giảm đến nhỏ nhất.Hơn nữa khi một node không tìm được MPR selector set, nó sẽ không thể gởi bất kỳ thông điệp TC nào cả.Tuy nhiên,khi MPR selector set không chứa node nào, một thông điệp empty TC vẵn được liên tục gởi định kỳ để cập nhật thông tin mới nhất của thông điệp TC.Thông tin nhận được từ thông điệp TC dùng để xây dựng cấu hình mạng và bảng định tuyến.Vậy một node chạy OLSR sẽ đáp ứng ba dạng cấu trúc thông tin sau:

-Neighbor sensing information base.-Topology information base.-Routing table.

Sau đây là ví dụ việc truyền thông tin trong OLSR :

4.1.3.The Fisheye State Routing (FSR)Fisheye State protocol (FSR protocol) là một giao thức proactive dựa tên

kỹ thuật Fisheye,được phát triển nhằm giảm kích thước gói thông tin.Điểm khác biệt trong FSR bao gồm:

1. Truyền các gói LSPs đến các node kế cận bằng flooding2. Đưa ra khái niệm phạm vi vùng của mạng với độ chính xác khác

nhau trong thông tin định tuyến.FSR cũng tương tự như LS, mỗi node lưu giữ cấu hình mạng, bảng định

tuyến, danh sách các node kế cận.Không flood những thông tin tuyến đường đến toàn mạng như giao thức

Link-state, trong FSR link-state, gói thông tin được chỉ trao đổi với node kế cận, trong khi đó chuỗi số được dùng để chỉ những thay đổi thông tin, như trong DSDV. Thông điệp update tuyến bao gồm chuỗi cặp số <địa chỉ đích đến,danh sách các node kế cận>. Để thực hiện kỹ thuật Fisheye, FSR giới thiệu kỹ thuật

phạm vi vùng. Phạm vi vùng của một node i được định nghĩa như các node nằm cách i một khoảng h bước nhảy.

Thông tin về tuyến đường đi được cập nhật với tốc độ khác nhau, vùng cáng nhỏ tần số phát càng cao.Điều này giúp giảm số lượng và kích thước thông điệp.FSR duy trì khoảng cách và chất lượng thông tin của các node lân cận với đặc điểm khoảng cách càng xa,chi tiết nhận được cáng ít.

4.2.Reactive ProtocolsMột cách khác để tiếp cận vấn đề định tuyến trong môi trường MANET là

định tuyến theo yêu cầu (on demand). Cách tiếp cận này được đặc trưng bởi quy ước về bảng định tuyến tại các node, vì vậy kéo theo vấn đề cập nhật bảng định tuyến theo sự thay đổi của cấu hình mạng. Giao thức định tuyến On-demand sẽ tính toán đường đi trước khi phát tín hiệu. Các thông tin về đường đi chỉ xác định khi có nhu cầu. Khi đó tuyến đường tính toán mới được đưa vào sử dụng.Điều này tránh gây quá tải trên đường truyền mạng do không phải trao đổi thông tin về những tuyến đường không cần thiết. Tuy nhien, giao thức này có nhược điểm so với proactive là độ trễ dữ liệu sẽ tăng lên bởi vì phải có một thời gian chờ đợi cho việc thiết lập các tuyến đường theo yêu cầu.Khi các nghi thức reactive gởi các thông tin tìm đường, chúng không hoàn toàn tối ưu trong việc sử dụng băng thông (gởi thông tin qua lại giửa các node nhiều, gởi thông tin hồi âm về đường đi…).Tuy nhiên cách làm này lại chứng tỏ hiệu quả khi cấu hình mạng thay đổi thường xuyên. Vì thế, reactive rất phù hợp với mạng có sự di động cao như MANET.

Giao thức reactive được đặc trưng bởi việc tuân thủ lần lượt 3 thủ tục sau: -Tìm đường.

-Duy trì tuyến đường tìm được.-Xóa kết nối.

Dữ liệu được truyền đi thông qua hai kỹ thuật chính:-Soucre routing -Hop by hop

Thủ tục tìm đường dựa trên cơ sở Hỏi-Trả lời. Thông điệp Hỏi sẽ được gởi đến đích và thông điệp Trả lời sẽ được phản hồi. Thông điệp tìm đường chỉ được phát khi cần truyền dữ liệu nhưng chưa tìm được đường đến đích.

Vì lý do tìm đường, các node trong mạng đòi hỏi một “routing state”, trong dó lưu trữ các tuyến đường tìm được trong quá trình tìm đường.

Thông tin định tuyến được duy trì bởi một nghi thức riêng cho đến khi không còn được sử dụng hoặc đã hoàn toàn bị xóa bỏ.

4.2.1.The Dynamic Source Routing (DSR)DSR forward các gói dữ liêu sử dụng kỹ thuật source routing.Nghĩa là

node nguồn biết toàn bộ tuyến để đi từ nguồn đến đích.Sử dụng bộ nhớ định tuyến (route cache) để lưu trữ toàn bộ đường đi đến đích.Source routing có những đặc điểm sau

Giao thức DSR bao gồm 2 kỹ thuật chính: Tìm đường và Duy trì đường. Trong kỹ thuật Tìm đường, giả sử nguồn S phát thông điệp yêu cầu tuyến đường Route request (RREQ) để định tuyến đến điểm D.

Kỹ thuật tìm đường dựa trên việc gởi RREQ đến toàn mạng, bao gồm các phần sau: địa chỉ người gởi (sender address), địa chỉ đích đến (target address), một thông số để nhận biết thông điệp yêu cầu, và bộ phận ghi nhận tuyến đường đi (route record).

Khi nhận được tông điệp RREQ, một node cần phải:-Gởi thông điệp trả lời RREP về nguồn S nếu tuyến đường đến

đích được lưu trữ trong cache -Thải hồi gói thông tin, nếu đã nhận.-Thêm địa chỉ ID vào route record và phát gói thông tin đến các

node lân cậnKhi nhận RREQ, node đích sẽ trả lời cũng với một thông điệp RREP.

RREP chứa đụng tuyến được lưu trong RREQ.Vì thế gói RREP sẽ di chuyển theo chiều ngược lại từ đích đến nguồn. Khi node nguồn nhận được RREP nó sẽ đặt tuyến được lưu trong RREP.

Ví dụ việc lan truyền RREQ trong DSR.

Ví dụ phản hồi thông tin RREP trong DSR.

4.2.2.The Ad hoc On demand Distance Vector (AODV)Cũng tương tự như DSR,khi một node cần tuyến đường để đến node nào đó, nó sẽ quảng bá thông báo RREQ để tìm đường. Mỗi node nhận được RREQ sẽ lưu lại tuyến đường đi từ node này trở về node nguồn, để mà gói RREP có thể được truyền theo chiều ngược lại từ đích về nguồn. Một tuyến có thể được xác định khi RREQ đến được node có đường đi đến đích hoặc chính là node đích.Ngoài các thông báo RREQ, RREP thì AODV còn có thông báo Hello. Đây là một dạng thông báo đặc biệt của RREP. Mỗi node quảng bá thông báo Hello đến các node kế cận một cách định kỳ để thông báo sự tồn tại của nó. Thông báo này còn liệt kê tất cả các node mà nó biết là có tồn tại, vì thế mỗi node sẽ biết được sự tồn tại, vì thế mỗi node sẽ biết được sự tồn tại của các node trong mạng.Khi một link trong mạng được phát hiện bị hư, một thông báo RREP được truyền đi để báo với các node khác về link hỏng này, thông báo này cũng nói lên rằng

một tuyến có sử dụng link náy không thể đi đến đích.Mỗi node trong mạng duy trì một bảng định tuyến bao gồm các thông tin sau:

-Địa chỉ IP đích-Kích thước của Host-Số tuần tự đích đến (Destination Sequence Number)-Địa chỉ IP của hop kế tiếp.-Thời gian sống (thời gian hết hạn của một tuyến).-Số hop để đi từ nguồn đến đích.-Giao tiếp mạng (Network interface).-Cờ trạng thái của tuyến (tích cực,hay không tích cực…)

Nghi thức AODV sử dụng số tuần tự đích (DSN) để tránh vấn đề định tuyến lặp vòng và counting to infinity.DSN được tạo ra bởi node đích và được gởi cùng với thông tin định tuyến về node đích.Mỗi node sẽ tăng SN cua 3 nó khi gởi đi một RREQ.Khi node đích nhận được RREQ thì trước khi nó gời RREP nó sẽ cập nhật SN cho nó bằng cách lấy MAX (SN của nó và của gói RREQ cộng 1) và gởi về node nguồn RREP.Trong quá trình tìm đường,node nguồn hay node trung gian có thể nhận được nhiều RREP của cùng một node đích.Trong trường hợp này node sẽ lựa chọn đường nào có SN lớn nhất. Đối với những tuyến có cùng sớ Sn thì node sẽ chọn tuyến có số hop nhỏ nhất

AODV cũng sử dụng các chuỗi số tuần tự như trong DSDV để loại bỏ tuyến đường cũ cũng như tránh vấn đề lặp vòng, trong khi đó thủ tục tìm đường lại tuân theo DSR. Sự khác nhau chính yếu của AODV và DSR là việc thông tin tuyến đường tìm được được lưu trữ trrong các node chứ không gắn kèm trong gói thông tin.

Giả sử node S muốn gởi gói thông tin đến node D mà chưa có thông tin định tuyến trong bảng định tuyến. Cơ chế tìm đường cũng dựa trên việc gởi gói thông tin RREQ đến các node như trong DSR.Khi một node gởi thông điệp yêu cầu,

Ví dụ về việc lan truyền RREQ trong AODV và việc thiết lập tuyến đường từ đích đến nguồn.

Ví dụ về việc thiết lập tuyến đường gởi gói thông tin.

Quá trình tìm đường:Khi một node muốn gởi dữ liệu đến một node nào đó, trước tiên nó kiểm tra bằng bảng định tuyến của nó xem có một tuyến hợp lệ đến đích hay không.Nếu không nó sẽ thực hiện quá trình tìm đường từ nguồn đến đích.Node nguồn sẽ phát quảng bá đến các node kế cận. Gói thông báo RREQ bao gồm địa chỉ IP của node đích, số SN mới nhất mà nó biết được, địa chỉ ID và số SN của chính nó, số hop đếm được được gán bắt đấu là 0. Mỗi node còn có RREQ ID (tự động tăng lên 1khi gởi đi 1 RREQ) được ghi vào trong RREQ để phân biệt các RREQ phát ra cùng một nguồn.Khi node kế cận nhận được RREQ,trước tiên nó sẽ tăng hop count trong RREQ lên 1, và lưu hai tuyến vào bảng định tuyến của nó, một đi ngược về phía node nguồn, một đi về phía node kế cân mà nó nhận RREQ. Các node trung gian cũng có thể sử dụng tuyến đi ngược để gởi RREP nếu nó nhận được RREP. Sauk hi tạo tuyến đi ngược này, node sẽ gởi RREP về node nguồn nếu nó là node đích hoặc nó có một tuyến đủ mới để đi đến đích. Nếu node không có tuyến đủ mới, thì nó chỉ việc tiếp tục quảng bá đến RREQ đến các node kế cận của nó.Một gói RREP chứa địc chỉ IP của node đích , DSN , đĩa chỉ IP của node nguồn , hop count đến đích (nếu nó là node đích, hop count bằng 0, nếu không nó sẽ có giá trị bằng với giá trị hop count tương ứng với node đích trong bảng định tuyến), thời gian sống của RREP.Node nhận được RREP trước tiên sẽ tăng giá trị hop count lên 1 và tạo 2 tuyến lưu thông trong bảng định tuyến: một tuyến đi về node đích, một tuyến đi về node trung gian đã gởi RREP cho nó.Những đường này được dung trong quá trình

truyền dữ liệu từ nguồn đến đích. Node sẽ tiếp tục truyền RREP này đi tiếp đến các node đích khác theo hướng ngược lại đã biết trước (khi node nhận được RREQ). Cho đến khi node nguồn nhận được RREP. Nếu node nguồn nhận được nhiều gói RREP thì nó sẽ chọn tuyến nào có DSN lớn nhất.

Duy trì tuyến trong AODV:Trong MANET, những link của các đường tích cực có thể hỏng bất kỳ lúc nào do tính đặc thù của các node di động, vì thế giao thức AODV phải có cáchđể thông báo cho các node khác (có sử dụng link này cho việc truyền dữ liệu) biết rằng link này đã bị hỏng.Một đường được xem như là tích cực trong AODV khi mà nó sử dụng để truyền dữ liệu trong khoảng thời gian gần với thời điểm mà ta xét. Mỗi một link có hai node, ta gọi node nào gần node nguồn hơn là upstream và node kia là downstream. Khi một link hỏng được phát hiện thì node upstream sẽ làm mất hiệu lực của các đường tích cực mà sử dụng node downstream làm node kế tiếp trong bảng định tuyến của nó. Sau đó tạo ra một gói RRER chứa một danh sách các node không thể đến được và số SN tương ứng với node đích cộng thêm 1. Mỗi routing entry trong bảng định tuyến của node có lưu danh sách của các node mà node này gởi gói RREP (gọi là precursor list).Nếu danh sách này không rỗng (nghĩa là tồn tại ít nhất một node) thì RERR sẽ được gởi broacast đến các node gần với node nguồn.Khi một node nhận được RERR nó sẽ kiểm tra xem thử node mà gởi RERR cho nó có phải là node kế tiếp trong bảng định tuyến để đi đến node đích được liệt kê trong RERR. Nếu phải thì nó sẽ làm mất hiệu lực những đường liên quan trong bảng định tuyến của nó bằng cách set giá trị khoảng cách (distance value) thành infinity và cập nhật giá trị DSN bằng cách copy DSN tương ứng trong RERR và nó tiếp tục gởi đi RERR. Bằng cách này thì RERR sẽ được truyền về node đích. Sau khi node nguồn nhận được RERR thì nó sẽ bỏ đi đường cũ và tiến hành quá trình tìm đường nếu cần thiết.

Tuyến hết hạn và xóa tuyến:Bản chất của AODV là on-demand, tuy nhiên trong bảng định tuyến của nó cũng sẽ có rất nhiều đường không còn được sử dụng trong khoảng thời gian dài. Vì thế, đối với những đường mà không được sử dụng trong khoảng thời gian ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT thì node sẽ làm mất hiệu lực tuyến này bằng cách tăng DSN và set “hop count” thành infinity.Lúc này thì entry này vẫn còn nằm trong bảng định tuyến này, tuy nhien6no1 sẽ bị xóa đi sau khoảng thời gian DELETE_PERIOD.Sở dĩ ta phải trải qua hai giai đoạn TIME OUT và DELETE là vì ta muốn giữ lại DSN của tuyến đó càng lâu càng tốt. Trong trường hợp chúng ta xóa entry này mà

không qua giai đoạn DELET_PERIOD thì ta sẽ mất thông tin về DSN và khi ta tìm đường mới ta phải sử dụng DSN là 0.Tuy nhiên tại sao ta vẫn phải xóa entry này nếu như ta cần quan tâm đến DSN? Bởi vì giải pháp này là không phù hợp với mạng rất cơ động nên node có thể trông thấy rất nhiều node trong khoảng thời gian ngắn. Ngoài ra những node khi khởi động lại cũng không có lưu giữ bất kỳ SN nào.

4.3.Hybrid protocol: ZRPZRP là giao thức kết hợp của cách định tuyến kết hợp các ưu điểm của các

giao thức Proactive và Reactive. Sự khác biệt của nghi thức này là việc đưa ra khái niệm vùng (Zone). Zone Z(k,n) cho node n với bán kính k được định nghĩa là vùng lân cận node n sao cho không cách node n quá k hop.

Z(k,n)={i|H(n,i)<k}Trong đó H(I,j) là số hop giữa node i và j, n là node trung tâm của vùng

định tuyến.Node b, với H(n,b)=k, gọi là biên của node n,k thường nhỏ hơn so với đường kính của mạng và ta có thể tối ưu các giá trị khác nhau của k tùy thuộc vào mức độ di động và lưu lượng của mạng.

Ví dụ một Zone trong ZPR.

Cấu trúc của nghi thức này có thể chia làm 4 phần chính:-The IntrAzone Routing protocol (IARP)-The IntErzone Routing Protocol (IERP)-The Bordercast Protocol (BRP)-A layer-2 Neighbor Discovery/ Maintenance Protocol

(NDP)IARP cung cấp những tuyến thông tin đến các node nằm

bên trong zone. IARP có thể dựa trên cơ sở một giao thức proactive bất kỳ nhưng khác biệt ở chổ tuyến đường cập nhật mới nhất được lan truyền trong khoảng cách không lớn hơn k hops. IARP dùng NDP để cập nhật thông tin về các node lân cận

Với các node nằm cách node nguồn một khoảng k’>k, ZPR sử dụng IERP để tính toán một tuyến đường liên vùng (interzone path) mỗi khi có yêu cầu. Nghi thức này dựa trên nghi thức reactive (DSR,AODV…). Khi một node cần đường đi đến node nằm ngoài vùng Z(k,n) của nó sẽ brocast RREQ đến những node biên của nó.Khi đó các node biên này sẽ kiểm tra bảng định tuyến của nó xem có tồn tại một tuyến đường đến node đích hay không, nếu có,nó sẽ gởi RREP về node nguồn, ngược lại sẽ tiếp tục broadcast RREQ.Quá trình này cứ lặp lại cho đến khi một tuyến đường đến đích được tìm ra