Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong manet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phạm Văn Tứ
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG
CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
HÀ NỘI - 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phạm Văn Tứ
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG
CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Việt
Cán bộ đồng hướng dẫn: Ths. Đoàn Minh Phương
HÀ NỘI - 2010
TÓM TẮT
Ngày nay, cùng với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của các thiết bị di động cá
nhân như: laptop, smartphone, tablet,…, thì nhu cầu kết nối giữa các thiết bị này cũng
ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ và khả năng di chuyển trong khi kết nối. Mạng di
động đặc biệt – MANET (Mobile Ad-hoc Network) là một trong những công nghệ
vượt trội đáp ứng nhu cầu kết nối đó nhờ khả năng hoạt động không phụ thuộc vào cơ
sở hạ tầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh và có tính di động
cao. Tuy nhiên, hiện nay mạng MANET vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi và đang được
thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để mạng đạt được

hiệu quả hoạt động tốt hơn. Khóa luận nghiên cứu ảnh hưởng của sự chuyển động các
nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET. Bằng
những kiểm chứng thông qua mô phỏng, khóa luận đưa ra các nhận xét, đánh giá về
hiệu suất mạng đối với từng giao thức định tuyến cụ thể khi các nút mạng chuyển động
với tốc độ và hướng đi thay đổi.
MỤC LỤC
Phạm Văn Tứ ................................................................................................................................... 1
HÀ NỘI - 2010 ............................................................................................................................ 1
Phạm Văn Tứ ................................................................................................................................... 2
HÀ NỘI - 2010 ............................................................................................................................ 2
TÓM TẮT ........................................................................................................................................ 3
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................................. 6
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................................... 7
BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................... 8
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................................. 9
Chương 1. GIỚI THIỆU .................................................................................................................. 1
1.1. Sự ra đời và phát triển của các mạng không dây ................................................................. 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận ..................................................................................... 4
1.3. Công cụ nghiên cứu chính – NS-2 ....................................................................................... 5
1.3.1. Giới thiệu về NS-2 ........................................................................................................ 5
1.3.2. Khả năng mô phỏng của NS-2 ...................................................................................... 7
1.4. Tổ chức của KLTN .............................................................................................................. 8
Chương 2. GIAO THỨC MAC CỦA MẠNG LAN VÀ WLAN .................................................. 9
2.1. Mạng LAN và mạng WLAN ................................................................................................ 9
2.2. Chuẩn 802.3 và giao thức CSMA/CD ................................................................................ 10
2.3. Chuẩn 802.11 và giao thức CSMA/CA ............................................................................. 12
Chương 3. MẠNG MANET VÀ BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN .................................................... 15
3.1. Mạng MANET .................................................................................................................... 15
3.1.1. Lịch sử phát triển và các ứng dụng ............................................................................. 15
3.1.2. Các đặc điểm chính của mạng MANET ..................................................................... 16

3.2. Vấn đề định tuyến trong mạng MANET ........................................................................... 17
3.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống ....................................................................... 17
3.2.2. Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET .............................. 18
3.2.3. Phân loại các kỹ thuật định tuyến ............................................................................... 19
3.2.3.1. Link state và Distance Vector ............................................................................. 19
3.2.3.2. Định tuyến chủ ứng và phản ứng ......................................................................... 20
3.2.3.3. Định tuyến nguồn và định tuyến theo chặng ....................................................... 21
3.3. Các giao thức định tuyến chính trong mạng MANET ....................................................... 22
3.3.1. DSDV .......................................................................................................................... 22
3.3.2 OLSR [8] ...................................................................................................................... 23
3.3.3. AODV [12] .................................................................................................................. 25
3.3.4. DSR [7] ........................................................................................................................ 27
3.3.5. TORA [11] ................................................................................................................... 28
Chương 4. ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA
CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ............. 30
4.1. Xác định các tham số hiệu suất cần đánh giá và cách thức phân tích kết quả mô phỏng . 30
4.1.1. Các tham số hiệu suất cần đánh giá ............................................................................ 30
4.1.2. Cách thức phân tích kết quả mô phỏng của NS-2 ...................................................... 30
4.1.2.1. Cấu trúc tệp vết .................................................................................................... 30
4.1.2. Công cụ để phân tích và biểu diễn kết quả mô phỏng ................................................ 33
4.1.2.1. Perl ........................................................................................................................ 33
4.1.2.2.GNUPLOT ............................................................................................................ 33
4.2. Thiết lập mạng mô phỏng MANET .................................................................................. 35
4.2.1. Thiết lập tô-pô mạng ................................................................................................... 35
4.2.2. Thiết lập mô hình chuyển động của các nút mạng và thời gian mô phỏng ............... 36
4.2.2.1. Mô hình Random Waypoint ................................................................................. 37
4.2.2.2. Mô hình Random Walk ........................................................................................ 38
4.2.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng ..................................................... 39
4.2.4. Lựa chọn thời gian mô phỏng ..................................................................................... 40
4.3. Thực hiện mô phỏng các giao thức định tuyến .................................................................. 40

4.3.1. Phân tích kết quả bằng công cụ perl ........................................................................... 40
4.3.2. Sử dụng gnuplot để vẽ đồ thị ...................................................................................... 44
4.4. Đánh giá ảnh hưởng của sự chuyển động của nút mạng đến hiệu suất của các giao thức
định tuyến .................................................................................................................................. 47
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................. 51
PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 53
1.Bảng các trường phụ thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin ............... 53
2.Mô phỏng mạng MANET ...................................................................................................... 57
3.Tỷ lệ phân phát gói tin thành công ......................................................................................... 60
4.Thời gian thiết lập kết nối ...................................................................................................... 61
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Sự phát triển của mạng không dây và di động..................................................................1
Hình 2: Cấu trúc của NS-2..............................................................................................................5
Hình 3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2...............................................................6
Hình 4: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CD (bên gửi)................................................11
Hình 5: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CA (bên gửi)................................................13
Hình 6: Hoạt động lắng nghe kênh truyền của giao thức CSMA/CA..........................................14
Hình 7: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET...............................................22
Hình 8: Tô-pô mạng thay đổi........................................................................................................23
Hình 9: Quy trình chuyển tiếp gói tin khi sử dụng kíp đa điểm – MPR......................................24
Hình 10: OLSR ngăn chặn vòng lặp bằng việc sử dụng MPR để chuyển phát gói tin................25
Hình 11: quá trình khám phá tuyến trong AODV.........................................................................25
Hình 12: Định tuyến nguồn động (DSR)......................................................................................27
Hình 13: Diện tích mạng mô phỏng và các nút mạng..................................................................35
Hình 14: Di chuyển một nút theo mô hình Random Waypoint....................................................37
Hình 15: Di chuyển của 8 nút theo mô hình Random Walk.........................................................38
Hình 16: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói thành công – Random Waypoint.........................................44
Hình 17: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk...........................................45
Hình 18: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Waypoint.................................46

Hình 19: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Walk.........................................46
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Sự phát triển của chuẩn 802.3.........................................................................................10
Bảng 2: Sự phát triển của chuẩn 802.11........................................................................................12
Bảng 3: Cấu trúc tệp vết................................................................................................................31
Bảng 4: Các trường thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin........................32
Bảng 5: Cấu hình mạng mô phỏng................................................................................................36
Bảng 6: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint....................41
Bảng 7: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Walk............................42
Bảng 8: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Waypoint.............................................43
Bảng 9: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Walk....................................................43
Bảng 10: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint..............................................44
Bảng 11: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk.....................................................45
BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AODV Adhoc On-demand Distance
Vector
MANET Mobile Adhoc NETwork
CSMA/CA Carrier sense multiple access
with collision avoidance
MPR Multi-Point Relays
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection
NS-2 Network Simulator 2
DARPA Defense Advanced Research
Projects Agency
OLSR Optimized Link State
Routing Protocol
DSDV Destination-Sequenced
Distance Vector
PRnet Packet Radio Network

DSR Dynamic Source Routing RREP Route Reply
IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
RREQ Route Request
LAN Local Area Network TORA Temporally-Ordered
Routing Algorithm
MAC Media Access Control WLAN Wireless LAN
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS.Nguyễn Đình Việt,
người thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm khóa luận. Tôi cũng xin gửi
lời cảm ơn tới Ths. Đoàn Minh Phương, người đã hướng dẫn tôi trong giai đoạn chuẩn
bị nhận đề tài.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy, cô trong trường Đại Học Công Nghệ, Đại
Học Quốc Gia Hà Nội. Thầy, cô đã dìu dắt, truyền lại cho chúng tôi không chỉ những
kiến thức chuyên ngành mà còn dạy bảo chúng tôi đạo làm người, rèn luyện cho chúng
tôi nghị lực, khát vọng vươn lên, phát huy khả năng tư duy sáng tạo trong mọi lĩnh vực.
Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn gia đình, bạn bè, những người thân yêu nhất của
tôi. Mọi người luôn ở bên cạnh tôi, động viên, khuyến khích tôi vươn lên trong cuộc
sống.
Hà nội, tháng 5 năm 2010
Phạm Văn Tứ

Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
Chương 1. GIỚI THIỆU
1.1. Sự ra đời và phát triển của các mạng không dây
Mạng không dây được đánh dấu mốc hình thành từ những năm 1887 khi Heinrich
Rudolf Hertz chứng minh được thuyết điện từ Maxwell thông qua thực nghiệm. Từ đó
đến nay các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hàng loạt phát minh sáng chế góp phần đưa
công nghệ mạng không dây không ngừng cải tiến vượt trội về tốc độ truyền nhận dữ

liệu. Những năm gần đây nền công nghiệp không dây và di động tăng trưởng mạnh mẽ
cả về mặt công nghệ lẫn sự bùng nổ ngày càng nhiều các thiết bị di động, hứa hẹn một
kỷ nguyên truyền thông số nở rộ trên nền các mạng không dây và di động. Sự phát triển
này được minh họa trên Hình 1 dưới đây.
Hình 1: Sự phát triển của mạng không dây và di động
Phạm Văn Tứ 1 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
Các mốc hình thành và phát triển của mạng không dây:
Phạm Văn Tứ 2 K51MMT
Nikola Tesla truyền
thành công sóng radio.
Heinrich Rudolf Hertz
đã tạo ra được sóng điện
từ. Ông đã chứng minh
được thuyết Maxwell
thông qua thực nghiệm.
1887 1893 1895
1915 1931 1982 , 1991
Guglielmo Marconi:
Lần đầu tiên trong lịch sử, 3
dấu chấm (tức chữ S trong
bảng ký tự Morse) đã được
truyền qua không gian với
khoảng cách 3km bằng sóng
điện từ.
Truyền thành công sóng
vô tuyến vượt Đại Tây
Dương từ Arlington
Virginia tới Pháp.

Tháp Eiffel đã được sử
dụng để đặt anten thu tín
hiệu.
Sóng FM đã được phát
triển bởi Edwin H.
Armstrong và được sử
dụng rộng rãi để truyền
thông tin qua sóng vô
tuyến.
-1982: Hội nghị CEPT
đã thống nhất chọn GSM
để phát triển thành tiêu
chuẩn cho hệ thống điện
thoại di động có thể
được sử dụng trên khắp
châu Âu.
- 1991: Các mạng GSM
đầu tiên đã được đưa ra
bởi Radiolinja ở Phần
Lan với kỹ thuật bảo
dưỡng cơ sở hạ tầng
chung từ Ericsson.
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
Phạm Văn Tứ 3 K51MMT
-1998: Công nghệ
Bluetooth đầu tiên
được phát triển bởi
Ericsson, sau đó được
chuẩn hoá bởi

Bluetooth Special
Interest Group (SIG).
- 1999: Chuẩn 802.11b
được phát hành cho tốc
độ tối đa lên 11Mb/s.
-20/5/1999: Chính thức
phát hành chuẩn
Bluetooth 1.0
Chuẩn IEEE 802.11
(WiFi) đã được tạo ra,
với tốc độ tối đa là
2Mb/s.
1997 1998, 1999 2001
2003 2004, 2009 2010
Chuẩn IEEE 802.16 được
phát hành. Chuẩn này
được biết đến dưới cái tên
WIMAX.
- Chuẩn 802.11g được
phát hành với tốc độ tối
đa lên tới 54 Mb/s.
- Bluetooth 1.2 được
công bố.
*2004:
- Phiên bản mới của
chuẩn 802.16 được bổ
sung, hoàn thiện chuẩn
WIMAX.
- Phát hành chuẩn
Bluetooth 2.0

*2009:
- Chuẩn 802.11n được
phát hành cho phép tốc
độ truyên thông tối đa
lên tới 150 Mb/s.
Liên minh Wi-Fi và
Gigabit không dây đã
đạt được thỏa thuận cho
phép Wi-Fi hoạt động ở
dải tần 60 Ghz nhằm cải
thiện tốc độ truyền dữ
liệu. Các chuẩn Wi-Fi
hiện đang hoạt động ở
dải tần từ 2.4 GHz đến 5
GHz.
 Tốc độ Wi-Fi sẽ
tăng hơn 10 lần so với
tốc độ hiện tại
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận
Với đặc tính có thể hoạt động không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng, triển khai
nhanh, linh hoạt ở mọi vị trí địa hình khác nhau, mạng MANET đang là tâm điểm
nghiên cứu đầy triển vọng, sẽ là công nghệ đột phá trong tương lai với nhiều ứng dụng
hữu ích vào cuộc sống, thí dụ kết nối mạng truyền thông cho các các vùng mới xảy ra
thiên tai hoặc ứng dụng cho lĩnh vực quân sự.
Khóa luận tập trung đi sâu nghiên cứu về mạng MANET, kết hợp phân tích trên lý
thuyết cùng thực nghiệm mô phỏng để tìm ra và đánh giá ảnh hưởng sự di động của các
nút mạng ở các mức độ khác nhau đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến.
Nội dung cụ thể gồm:

 Tìm hiểu sâu về mạng MANET, trong đó chủ yếu xem xét tới các giao thức
định tuyến.
 Tìm hiểu sâu về các mô hình chuyển động của nút mạng trong MANET.
 Xây dựng môi trường mô phỏng, đưa các giao thức định tuyến trong mạng
MANET vào mô phỏng thông qua NS-2.
 Đánh giá ảnh hưởng sự chuyển động của các nút mạng đến hiệu suất của các
giao thức định tuyến DSDV, AODV và DSR bằng bộ mô phỏng mạng NS-2. Từ
đó đưa ra các nhận xét so sánh giữa ba giao thức.
Phạm Văn Tứ 4 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
1.3. Công cụ nghiên cứu chính – NS-2
1.3.1. Giới thiệu về NS-2
NS-2 là phần mềm mô phỏng mạng, hoạt động của nó được điều khiển bởi các sự
kiện rời rạc. NS-2 được thiết kế và phát triển theo kiểu hướng đối tượng, được phát triển
tại đại học California, Berkely. Bộ phần mềm này được viết bằng ngôn ngữ C++ và
OTcl.
Hình 2: Cấu trúc của NS-2
Cấu trúc của NS-2 bao gồm các thành phần được chỉ ra trên Hình 2, chức năng của
chúng được mô tả như sau:
• OTcl Script Kịch bản OTcl
• Simulation Program Chương trình Mô phòng
• OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng
• NS Simulation Library Thư viện Mô phỏng NS
• Event Scheduler Objects Các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện
• Network Component Objects Các đối tượng Thành phần Mạng
• Network Setup Helping Modules Các mô đun Trợ giúp Thiết lập Mạng
• Plumbling Modules Các mô đun Plumbling
• Simulation Results Các kết quả Mô phỏng
• Analysis Phân tích

• NAM Network Animator Minh họa Mạng NAM
Phạm Văn Tứ 5 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
Trong hình 2 trên, NS là Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng; bao gồm các
đối tượng: Bộ lập lịch sự kiện, các đối tượng thành phần mạng và các mô đun trợ giúp
thiết lập mạng.
Để sử dụng NS-2, người dùng lập trình bằng ngôn ngữ kịch bản OTcl. Người dùng
có thể thêm các mã nguồn Otcl vào NS-2 bằng cách viết các lớp đối tượng mới trong
OTcl. Những lớp này khi đó sẽ được biên dịch cùng với mã nguồn gốc.
Kịch bản OTcl có thể thực hiện những việc sau: Khởi tạo Bộ lập lịch Sự kiện

Thiết lập Mô hình mạng dùng các đối tượng thành phần mạng

Báo cho nguồn traffic
khi nào bắt đầu truyền và ngưng truyền packet trong Bộ lập lịch Sự kiện
Bộ lập lịch Sự kiện trong NS-2 thực hiện những việc sau: Tổ chức Bộ định thời mô
phỏng -- Huỷ các sự kiện trong hàng đợi sự kiện -- Triệu gọi các Thành phần mạng
trong mô phỏng.
Tùy vào mục đích của người dùng đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết quả mô
phỏng có thể được lưu trữ vào tệp vết (trace file) với khuôn dạng (format) được những
người phát triển NS định nghĩa trước hoặc theo khuôn dạng do người sử dụng NS quyết
định khi viết kịch bản mô phỏng. Nội dung tệp vết sẽ được tải vào trong các ứng dụng
khác để thực hiện phân tích. NS đã định nghĩa 2 loại tệp vết:
 Nam trace file (file.nam): Chứa các thông tin về tô-pô mạng như: các nút mạng,
đường truyền, vết các gói tin; dùng để minh họa trực quan mạng đã thiết lập.
 Trace file (file.tr): Tệp ghi lại vết của các sự kiện mô phỏng, tệp file dạng text,
có cấu trúc, dùng cho các công cụ lần vết và giám sát mô phỏng như: Gnuplot,
XGRAPH hay TRACEGRAPH.
Hình 3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2

Phạm Văn Tứ 6 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
1.3.2. Khả năng mô phỏng của NS-2
NS-2 hỗ trợ mô phỏng tốt cho cả mạng có dây và mạng không dây. Bao gồm các
ưu điểm nổi bật sau:
 Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại.
 Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng.
 Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể thực thi
được trong thực tế.
 Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau.
Trong đó NS-2 có khả năng mô phỏng:
 Các mô hình mạng: LAN, WLAN, di động, vệ tinh,...
 Các giao thức mạng như: TCP, UDP...
 Các dịch vụ nguồn lưu lượng như: FTP, CBR, VBR, Telnet, http...
 Các kỹ thuật quản lý hàng đợi: Vào trước Ra trước (Drop Tail), Loại bỏ sớm
ngẫu nhiễn - RED (Random Early Drop) và Xếp hàng dựa trên sự phân lớp –
CBQ (Class-Based Queueing)...
 Các thuật toán định tuyến như: Dijkstra, Distance Vector, Link State…
 Các Chuẩn IEEE 802.11, IEEE 802.3,…
 NS-2 cũng thực thi multicasting và vài giao thức lớp Điều khiển truy cập đường
truyền (MAC) đối với mô phỏng LAN.
Phạm Văn Tứ 7 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
1.4. Tổ chức của KLTN
Nội dung khóa luận bao gồm bốn chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu về sự ra đời và phát triển của các mạng không dây, trình
bày tổng quát về bộ mô phỏng mạng NS-2 và nêu lên được mục tiêu nghiên cứu xuyên
suốt trong đề tài khóa luận tốt nghiệp này.

Chương 2: Trình bày các giao thức MAC của mạng LAN và WLAN như giao
thức CSMA/CD, CSMA/CA cùng hai chuẩn tương ứng là IEEE 802.3 và IEEE 802.11.
Chương 3: Nêu lên lịch sử hình thành, các đặc điểm chính của mạng MANET,
đồng thời mô tả chi tiết về các giao thức định tuyến như DSDV, AODV, DSR, OLSR,
TORA và phân loại các kỹ thuật định tuyến khác nhau.
Chương 4: Từ các kết quả thực nghiệm mô phỏng chúng tôi đánh giá ảnh hưởng
của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong
mạng MANET.
Phạm Văn Tứ 8 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
Chương 2. GIAO THỨC MAC CỦA MẠNG LAN VÀ
WLAN
2.1. Mạng LAN và mạng WLAN
Trong nhưng năm gần đây mạng WLAN đã trở lên phổ biến rộng khắp ở mọi nơi:
lớp học, sân trường, thư viện, văn phòng, quán cà phê, khách sạn, tới hộ gia đình. Mạng
WLAN đã đạt được những bước tiến khá dài và vững chắc, dần trở thành một đối trọng
của công nghệ mạng LAN phổ biến từ trước tới nay. Các lợi thế lớn mà WLAN đem lại
cho người dùng gồm:
1. Tính di động:
Với khả năng hỗ trợ của mạng không dây, người dùng không bị ràng buộc vào các
dây nối, tức là trong khi đang kết nối người sử dụng vẫn có thể di chuyển từ vị trí này
đến vị trí khác trong khu vực phủ sóng mà không bị gò bó tại một vị trí cố định như
trong mạng LAN truyền thống. Nhờ đó người dùng có thể mang theo thiết bị của mình
đến bất cứ đâu có sóng không dây là có thể truy cập vào mạng.
2. Tính mềm dẻo:
Triển khai mạng không dây rất thuận tiện và dễ dàng vì môi trường truyền luôn có
sẵn mọi lúc, mọi nơi mà không cần phải lên kế hoach trước, không cần kéo dây cáp
mạng hay bất kỳ sự vướng víu nào. Người dùng dễ dàng thiết lập kết nối một cách
nhanh chóng phục vụ cho công việc của mình.

3. Dễ dàng triển khai lắp đặt:
Đối với nhiều khu vực việc triển khai mạng có dây khá là khó khăn, tốn nhiều
công sức do địa hình không thuận lợi hoặc không được phép lắp đặt vì làm mất mĩ quan.
Trái lại với mạng không dây ta chỉ cần thiết lập, lắp đặt các thiết bị trung tâm như
Access point, Switch, Router, sau đó không cần phải đi thêm các hệ thống dây cáp đến
từng máy cố định như trong mạng thông thường.
Phạm Văn Tứ 9 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
2.2. Chuẩn 802.3 và giao thức CSMA/CD
2.2.1. Chuẩn 802.3:
IEEE 802.3 là tập hợp các tiêu chuẩn do tổ chức IEEE định nghĩa về tầng vật lý
(Physical layer) và lớp con điều khiển truy cập môi trường truyền (MAC sublayer) của
lớp liên kết dữ liệu (Data link layer) trong mạng Ethernet. Theo chuẩn này, các kết nối
vật lý được thực hiện giữa các nút và (hoặc) các thiết bị cơ sở hạ tầng như: hub, switch,
router… bằng các loại cáp đồng hoặc cáp quang. Chuẩn 802.3 đồng thời cũng hỗ trợ
các kiến trúc mạng theo chuẩn 802.1.
Kích thước gói tin tối đa theo chuẩn là 1518 byte, mặc dù vậy để hỗ trợ mạng
LAN ảo và độ ưu tiên dữ liệu trong chuẩn 802.3ac, nó được mở rộng tới 1.522
byte. Nếu giao thức lớp trên đưa ra một khung dữ liệu (PDU) nhỏ hơn 64 byte, thì
chuẩn 802.3 sẽ đệm thêm các trường dữ liệu để đạt được tối thiểu 64 byte. Do đó kích
thước khung tối thiểu luôn luôn là 64 byte.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, tốc độ kết nối trong Ethernet không
ngừng được nâng lên. Dưới đây là một số mốc phát triển chính của chuẩn 802.3:
Bảng 1: Sự phát triển của chuẩn 802.3
Chuẩn Năm Sự kiện
802.3u 1995
Fast Ethernet ra đời với tốc độ 100 Mbit/s: 100BASE-
TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX
802.3z 1998 1000BASE-X Gbit/s Ethernet qua cáp quang với tốc độ 1 Gbit/s

802.3ab 1999 1000BASE-T Gbit/s Ethernet qua cáp UTP với tốc độ 1 Gbit/s
802.3ae 2003 10 Gbit/s Ethernet over fiber
Phạm Văn Tứ 10 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
2.2.2. Giao thức CSMA/CD
Hình 4: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CD (bên gửi)
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) – là giao thức
Đa truy cập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột. Mạng LAN hoạt động dựa trên
nguyên tắc này. Khi máy tính muốn truyền dữ liệu, trước tiên nó lắng nghe xem đường
truyền có bận hay không (bằng cách cảm nhận tín hiệu sóng mang). Nếu không có, nó sẽ
thực hiện truyền gói tin. Sau khi truyền gói tin, nó vẫn tiếp tục lắng nghe để xem có máy
nào định truyền tin hay không. Nếu không có xung đột, nó tiếp tục truyền gói tin cho
đến khi hoàn thành. Nếu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi broadcast ra toàn mạng tín hiệu
nghẽn (jam signal) để các máy khác dễ dàng nhận ra xung đột. Sau đó nó sẽ đợi một
thời gian theo thuật toán Backoff rồi thử gửi lại gói tin.
Phạm Văn Tứ 11 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
2.3. Chuẩn 802.11 và giao thức CSMA/CA
2.3.1 Chuẩn 802.11
IEEE 802.11 là một tập các chuẩn do tổ chức IEEE quy định về truyền thông máy
tính trong mạng LAN không dây ở các dải tần số: 2.4 GHz, 3.6 GHz và 5 GHz. Chuẩn
802.11 bao gồm các kỹ thuật điều biến tín hiệu “truyền qua không khí” (over-the-air) sử
dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa các thiết bị không dây và điểm truy cập
(access point) hoặc giữa các thiết bị không dây với nhau (mạng ad-hoc).
Chuẩn mạng không dây đầu tiên được ra đời vào tháng sáu năm 1997
(802.11-1997) nhưng phải mãi đến tháng 9 năm 1999 chuẩn 802.11b ra đời mới được
chấp nhận rộng rãi. Tiếp theo đó là sự ra đời của chuẩn 802.11g và 802.11n đánh dấu sự
cải tiến vượt trội về tốc độ truyền tải mạng không dây. Trong đó chuẩn 802.11n được

ứng dụng kỹ thuật điều biến đa luồng mới cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ cao nhất lên
đến 150Mbps mỗi luồng. Chúng ta cùng nhìn lại sự phát triển, cải tiến của mạng không
dây chuẩn 802.11 theo bảng 2.
Bảng 2: Sự phát triển của chuẩn 802.11
802.11
Protocol
Năm
Tần số
(GHz)
Băng
thông
(MHz)
Tốc độ truyền dữ liệu trên
mỗi luồng (Mb/s)
Số
luồng
MIMO
- 1997 2.4
20
1, 2 1
a 9/1999 5/3.7
20
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1
b 9/1999 2.4
20
1, 2, 5.5, 11 1
g 6/2003 2.4
20
1, 2, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1
n 10/2009 2.4/5

20 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8,
65, 72.2
40 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150
4
Phạm Văn Tứ 12 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
2.3.1 Giao thức CSMA/CA
Hình 5: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CA (bên gửi)
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – Đa truy
cập cảm nhận sóng mang có tránh xung đột. CSMA/CD là phương thức truy cập của lớp
hai (Data link). Nguyên tắc hoạt động của phương thức này dựa trên việc cảm nhận
sóng mang, tránh xung đột và cơ chế nghe trước khi nói “Listen before talk”. Một nút
trước khi truyền phải lắng nghe kênh truyền trước để xem có nút nào khác đang truyền
sóng trong vùng sóng cần truyền hay không.
Phạm Văn Tứ 13 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
Hình 6: Hoạt động lắng nghe kênh truyền của giao thức CSMA/CA
 Nếu kênh truyền rỗi: Nút sẽ đợi một khoảng thời gian tối thiểu DIFS sau đó bắt
đầu quá trình truyền.
 Nếu kênh truyền bận:
• Nút muốn truyền phải đợi một khoảng thời gian DIFS
• Và chờ thêm một khoảng thời gian Backoff ngẫu nhiên trong cửa sổ tranh
chấp. Cơ chế này giúp CSMA/CA tránh được xung đột.
• Sau mỗi khoảng thời gian DIFS, nếu môi trường truyền rỗi, thời gian
Backoff giảm đi 1. Trái lại nó được giữ nguyên cho khoảng thời gian
DIFS tiếp theo. Khi thời gian Backoff giảm đến không, nút bắt đầu truy
cập môi trường truyền. Tuy nhiên, nếu trước đó một nút khác đã truy cập
môi trường truyền trước khi thời gian Backoff của nút này giảm đến

không thì nó sẽ giữ lại giá trị thời gian Backoff hiện tại để sử dụng cho
lần truy cập tiếp theo.
Phạm Văn Tứ 14 K51MMT
Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định
tuyến trong MANET
Chương 3. MẠNG MANET VÀ BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN
3.1. Mạng MANET
3.1.1. Lịch sử phát triển và các ứng dụng
Lịch sử:
Mạng di động đặc biệt (Mobile Adhoc Netwowk) là mạng tự cấu hình của các nút
di động kết nối với nhau thông qua các liên kết không dây tạo nên mạng độc lập không
phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng. Các thiết bị trong mạng có thể di chuyển một cách tự
do theo mọi hướng, do đó liên kết của nó với các thiết bị khác cũng thay đổi một cách
thường xuyên.
Nguyên lý làm việc của mạng Adhoc bắt nguồn từ năm 1968 khi các mạng
ALOHA được thực hiện. Tuy các trạm làm việc là cố định nhưng giao thức ALOHA đã
thực hiện việc quản lý truy cập kênh truyền dưới dạng phân tán, đây là cơ sở lý thuyết
để phát triển kỹ thuật truy cập kênh phân tán vào mạng Adhoc.
Năm 1973 tổ chức DARPA đã bắt đầu làm việc trên mạng vô tuyến gói tin PRnet.
Đây là mạng vô tuyến gói tin đa chặng đầu tiên. Trong đó các nút hợp tác với nhau để
gửi dữ liệu tới một nút nằm ở xa khu vực kết nối thông qua một nút khác. Nó cung cấp
cơ chế cho việc quản lý hoạt động trên cơ sở tập trung và phân tán.
Một lợi điểm của làm việc đa chặng so với đơn chặng là triển khai đa chặng tạo
thuận lợi cho việc dùng lại tài nguyên kênh truyền về cả không gian, thời gian và giảm
năng lượng phát cần thiết.
Sau đó có nhiều mạng vô tuyên gói tin phát triển nhưng các hệ thống không dây
này vẫn chưa bao giờ tới tay người dùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời. IEEE đã đổi
tên mạng vô tuyến gói tin thành mạng Adhoc.
Ứng dụng:
Quân sự: Hoạt động phi tập trung của mạng Adhoc và không phụ thuộc vào cơ sở

hạ tầng mạng là một yếu tố thiết yếu đối với lĩnh vực quân sự, nhất là trong các trường
hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạ tầng mạng bị phá hủy. Lúc này mạng Adhoc là lựa
chọn số một để các thiết bị truyền thông liên lạc với nhau một cách nhanh chóng.
Phạm Văn Tứ 15 K51MMT