Output file

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CƠNG NGHỆ

NGUYỄN HỒNG MINH

Phân tích hiệu suất TCP trên mạng khơng dây
khơng cấu trúc
LUẬN VĂN THẠC SỸ

Người hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Duy Lợi

Hà nội - 2004

TIEU LUAN MOI download :


1
.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
4
CHƢƠNG 1
MẠNG KHÔNG DÂY KHÔNG CẤU TRÚC
(MOBILE ADHOC NETWORKS – MANET)
1 Mạng không dây không cấu trúc
1.1 Khái niệm

7

1.2 Đặc trưng của mạng không dây không cấu trúc

8

1.3 Ứng dụng của mạng không dây không cấu trúc

9

2 Phân tích đánh giá hiệu suất mạng máy tính

10

2.1 Khái niệm hiệu suất

10

2.2 Công cụ mô phỏng NS-2 (network simulator)

12

CHƢƠNG 2
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG KHÔNG DÂY KHÔNG CẤU TRÚC
1.Nguyên tắc chung

15

2.Các thuật toán định tuyến

16

2.1 Định tuyến trước

16

2.2 Định tuyến theo yêu cầu

16

3.Phân tích đánh giá hiệu suất các giao thức định tuyến

18

3.1 Các đơn vị đo hiệu suất

19

3.2 Kết quả mơ phỏng và những phân tích

19

3.2.1 So sánh hiệu suất của ba giao thức định tuyến AODV, DSR và DSDV

19

3.2.1.1 Kết quả mơ phỏng

20

3.2.1.2 Phân tích các kết quả thu được

22

3.2.2 So sánh hiệu suất hoạt động của hai giao thức AODV và DSR với số lượng các
node và thời gian tạm dừng khác nhau

23

3.2.2.1 Kết quả mô phỏng

23

3.2.2.2 Phân tích các kết quả thu được

31

3.3 Nhận xét đánh giá kết quả mô phỏng

32

TIEU LUAN MOI download :


2
CHƢƠNG 3
GIAO THỨC TCP TRÊN MẠNG KHÔNG DÂY KHÔNG CẤU TRÚC
1. Điều khiển lƣu lƣợng TCP trong mạng không dây không cấu trúc

36

2. Một số ảnh hƣởng đối với TCP trong mạng không dây không cấu trúc

37

a) ảnh hưởng đứt kết nối

37

b) ảnh hưởng đường truyền không đối xứng

38

3. Cải tiến điều khiển lƣu lƣợng TCP trong mạng không dây không cấu trúc
a) TCP-Feedback

39

b) Thông báo rõ ràng lỗi đường truyền EFLN

40

c) Giao thức ATCP

40

d) Fixed-Retranmission Timeout

41

4. Phân tích hiệu suất giao thức TCP – ELFN trên mạng MANET

42

4.1 Môi trường và phương pháp mô phỏng

42

4.2 Thông lượng cực đại

42

4.3 So sánh hiệu suất TCP giữa TCP – Reno và TCP – ELFN

45

a) Thông lượng TCP – Reno

45

b) Nguyên nhân thông lượng của một số node giảm xuống cực tiểu

51

c) Thông lượng TCP – ELFN

53
KẾT LUẬN
59

TÀI LIỆU THAM KHẢO
61

TIEU LUAN MOI download :

3

MỞ ĐẦU
Ngày nay, Internet đã trở thành công nghệ mạng tiêu chuẩn, kết nối
mở các hệ thống tính tốn và các mạng thơng tin máy tính khơng đồng nhất.
Việc phát triển bùng nổ của các mạng Internet/Intranet, việc cung cấp các
dịch vụ thông tin về kinh tế, khoa học công nghệ, văn hoá giáo dục, xã hội,
... ngày càng phong phú trên mạng cũng như xu thế tích hợp hầu hết các hệ
thống thơng tin trong các hoạt động chính trị, kinh tế, xã hội trên giao diện
Web đã làm cho vấn đề thiết kế, xây dựng cơ sở hạ tầng mạng trên nền bộ
giao thức TCP/IP, còn gọi là cơ sở hạ tầng IP (IP Infrastructure), cũng như
việc phát triển và tích hợp các ứng dụng phong phú trên mạng trở nên hết
sức cần thiết. Kiến trúc mạng thông tin máy tính và ứng dụng được mơ tả
trong Hình 1.
E-mail, Web, HƯ thèng HƯ thèng
FTP, Telnet
TP
CSDL

HƯ thèng
tÝnh to¸n

øng dơng

...

HƯ thống hỗ trợ ứng dụng
Mạng thông tin

máy tính

Bộ giao thức TCP/IP
Ethernet
10/100 Mbits

ATM

X.25/
Frame Relay

SDH
SONET

...

Hình 1: Kiến trúc mạng thơng tin máy tính và ứng dụng
Hệ thống ứng dụng trên Internet bao gồm: các dịch vụ thông tin Internet cơ
bản như: dịch vụ Web, thư điện tử, dịch vụ truyền tệp FTP, dịch vụ đăng
nhập từ xa Telnet; hệ thống giao dịch trong các ngành tài chính, ngân hàng,
thị trường chứng khốn, dịch vụ du lịch như mua vé máy bay, mua vé tầu
hỏa, đặt thuê phòng khách sạn, ...; các hệ thống cơ sở dữ liệu và các hệ

TIEU LUAN MOI download :


4
thống thông tin điện tử trong các lĩnh vực quản lý điều hành Nhà nước
(chính quyền điện tử), sản xuất kinh doanh (kinh doanh điện tử), giáo dục,
đào tạo (thư viện điện tử, đào tạo qua mạng), y tế (khám chữa bệnh qua

mạng).
Hiện nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các mạng truyền thông hữu
tuyến (wired networks), mạng truyền thông vô tuyến (wireless networks)
được phát triển và sử dụng ngày một rộng rãi vì những tính năng đơn giản,
cơ động...vv. Mạng không dây(wireless network) được coi như một giải
pháp tiện lợi cho mạng LAN trong những văn phòng và những đơn vị vừa và
nhỏ. Hơn thế nữa, Internet không dây đã và đang được triển khai và ứng
dụng tại nhiều nước trên thế giới trong đó có cả Việt Nam. Mạng khơng dây
có thể chia thành hai loại :
- Mạng khơng dây có cấu trúc (Infrastructured networks) : Mạng bao
gồm một mạng hữu tuyến thơng thường, có những Gateway để giao
tiếp với những trạm không dây di động trong mạng.
- Mạng không dây không cấu trúc (Infrastructureless networks) : Mạng
này còn được gọi là: Mobile wireless Ad hoc Network (MANET).
Mạng MANET bao gồm những trạm không dây di động được kết nối
“tạm” với nhau bằng kết nối không dây theo mơ hình: máy tính – nối
– máy tính (computer to computer) mà không cần tới bất cứ một hạ
tầng cơ sở mạng nào cả [1,3,47].
Luận văn này đi sâu vào nghiên cứu hai vấn đề là:
a) Phân tích hiệu suất của các giao thức định tuyến trong mạng không
dây không cấu trúc (Mobile Ad hoc Networks - MANET).

TIEU LUAN MOI download :


5
b) Phân tích hiệu suất hoạt động của giao thức TCP-ELFN trong
mạng không dây không cấu trúc (Mobile Ad hoc Networks MANET).
Các phân tích trong luận văn này dựa trên kết quả mơ phỏng máy tính
bằng cơng cụ NS -2 của phòng nghiên cứu quốc gia Lawrence Berkely

Laboratoy Hoa Kỳ.
Luận văn được tổ chức thành những mục sau: Mở đầu, đặt vấn đề và
trình bày khái qt cơng việc và ý nghĩa của luận văn. Chương một, trình
bày khái niệm cơ bản và ứng dụng của mạng không dây không cấu trúc
MANET. Tiếp đó trình bày phương pháp luận nghiên cứu, hệ mơ phỏng NS
– 2. Chương hai, trình bày về định tuyến trong mạng MANET, nguyên tắc
hoạt động, và các thuật tốn định tuyến. Tiếp đó trình bày kết quả mơ phỏng,
những phân tích đánh giá hiệu suất hoạt động của ba giao thức định tuyến là:
AODV, DSDV và DSR. Chương ba, trình bày về giao thức TCP, những ảnh
hưởng của giao thức TCP đối với hiệu suất mạng, những cải tiến điều khiển
lưu lượng TCP trong mạng MANET. Tiếp đó trình bày những những phân
tích đánh giá hiệu suất hoạt động của giao thức TCP – ELFN (Explicit Link
Failure Notification).

TIEU LUAN MOI download :


6

CHƢƠNG 1
MẠNG KHÔNG DÂY KHÔNG CẤU TRÚC
(MOBILE ADHOC NETWORKS – MANET)
1.Mạng không dây không cấu trúc:
1.1/ Khái niệm
Một trong những công nghệ quan trọng của thông tin di động (Mobile
Communication) là công nghệ mạng không dây không cấu trúc (wireless
mobile ad hoc network - MANET)
Mạng không dây không cấu trúc, sau đây gọi tắt là mạng MANET, là
một tập hợp các thiết bị khơng dây di động độc lập, bình đẳng, được kết nối
một cách ngẫu nhiên, với một tổ chức kết nối bất kỳ, mà không cần bất cứ

một kết cấu hạ tầng kỹ thuật có sẵn nào hoặc một thực thể điều khiển truy
nhập (trung tâm) nào hỗ trợ. Số liệu được trao đổi giữa các trạm làm việc,
thiết bị nguồn và thiết bị đích, theo phương thức chuyển mạch gói. Các trạm
làm việc, bên cạnh việc thu thập và xử lý số liệu ứng dụng, điều khiển truy
nhập mạng theo một thuật toán nhất định, đồng thời cịn là các thiết bị định
tuyến, và vì vậy, việc thiết kế và thực hiện các trạm này thường phức tạp
hơn các trạm làm việc thông thường khác. Mạng không dây không cấu trúc
được chia thành hai loại là: Mạng di động kiểu Ad hoc (MANET) và mạng
cảm biến (Wireless sensor). Mạng cảm biến Wireless sensor là một lớp mới
của mạng không dây không cấu trúc, được quan tâm và phát triển trong
những năm gần đây. Mạng gồm rất nhiều node cảm biến và có thể truyền
thơng với nhau. Mỗi node được cấu tạo bởi module cảm biến (sensor) và
module truyền thơng. Mạng có độ tin cậy cao trong những mơi trường phức
tạp, khó dự đốn trước. Mạng cảm biến như một trung tâm dữ liệu. Mỗi
node trong mạng đều cập nhật và lưu trữ dữ liệu [5, 21].

TIEU LUAN MOI download :


7

Asymmetrical link

MH2

MH1

MH4

MH8

MH3

symmetrical link
MH7

MH6

MH5

Hình 2: Kiến trúc mạng MANET

1.2 Đặc trƣng của mạng không dây không cấu trúc
- Tổ chức kết nối động: các trạm làm việc di chuyển tự do và ngẫu
nhiên, và vì vậy, tổ chức kết nối mạng thay đổi một cách ngẫu nhiên, không
dự báo trước được.
- Băng thông bị giới hạn, dung lượng kênh truyền rất khác nhau: trong
mạng MANET, dung lượng kênh truyền thường nhỏ hơn rất nhiều dung
lượng kênh truyền trong mạng có kết cấu hạ tầng kỹ thuật. Hơn nữa, thông
lượng đạt được trong mạng MANET - do ảnh hưởng của các yếu tố như:
nhiễu, hiện tượng xuyên kênh, fading, phương thức đa truy nhập vào hệ
thống mạng, hiện tượng tắc nghẽn số liệu, ..., thường nhỏ hơn nhiều lần tốc
độ truyền số liệu (vô tuyến).
- Giới hạn về nguồn điện làm việc: các trạm làm việc di động đều sử
dụng acqui hoặc pin, và vì vậy, một trong các yêu cầu quan trọng thiết kế và
thực hiện các trạm làm việc di động này là tiết kiệm năng lượng điện làm
việc.

TIEU LUAN MOI download :

8
- Giới hạn về an toàn, bảo mật: các trạm làm việc di động dễ bị “nghe
trộm”, bị tấn công theo kiểu “từ chối dịch vụ” (denie-of-service), ...
1.3 Ứng dụng của mạng khơng dây khơng cấu trúc
Có rất nhiều ứng dụng của mạng MANET trong cuộc sống, hiện nay
MANET đang được phát triển như là một phần mở rộng của Internet.
MANET được nối với Internet thông qua những Gateway. Điều này thật tiện
lợi để người sử dụng có thể dùng những ứng dụng Internet phổ biến như là
e-mail, web, ftp...vv.
MANET rất thích hợp cho những ứng dụng có tính hợp tác và cơ động
cao, đặc biệt là trong quân sự và trong việc ứng cứu khắc phục những thảm
hoạ, ví dụ : trên chiến trường việc triển khai một mạng thơng tin hữu tuyến
là rất khó khăn, đơi khi là khơng thể. Nhưng với MANET thì thật tiện lợi khi
trên những thiết bị chiến đấu như là : xe tăng, máy bay...vv được trang bị
những thiết bị tính tốn di động và chúng được kết nối với nhau theo kiểu
Ad hoc. Khi đó hiệu quả chiến đấu sẽ rất cao và hệ thống thông tin thực sự
phát huy được tác dụng. Điều này cũng đúng trong những trường hợp triển
khai lực lượng kịp thời cứu hộ khắc phục thảm hoạ. Thơng tin sẽ được trao
đổi kịp thời giữa các nhóm cứu hộ mà không cần một sự triển khai hệ thống
mạng nào cả [5].
Trong những năm tới đây, mục tiêu là mỗi xe ơtơ sẽ được trang bị
máy tính. Mỗi máy tính này đều có những thiết bị truy cập Internet. Đây sẽ
là một ứng dụng rất quan trọng đối với cuộc sống của con người.

TIEU LUAN MOI download :


9

2. Phân tích đánh giá hiệu suất mạng máy tính
2.1. Khái niệm hiệu suất
Hiệu suất (performance) là khái niệm tổng quát xác định chất lượng hoạt
động của một hệ thống - xét từ góc độ của người sử dụng - về độ sẵn sàng
(availability), tính hiệu quả (effectivity), độ tin cậy (reliability) và độ an tồn
(security) của hệ thống đó (Hình 3-a). Hiệu suất được thể hiện, đối với thiết
bị phần cứng, bằng số lệnh trong một đơn vị thời gian MIPS; với hệ thống
chương trình ứng dụng là số lượng nhiệm vụ (task) giải quyết được trong
một đơn vị thời gian; đối với mức tổ chức là các thông số thể hiện tính thân
thiện sử dụng như thời gian đáp ứng, độ sẵn sàng phục vụ, giao diện người
dùng, ngơn ngữ lập trình, ...
Chất lượng hoạt động của một hệ thống phụ thuộc vào năng lực phục vụ của
hệ thống dưới ảnh hưởng của tải đầu vào, và được thể hiện bằng kết quả hoạt
động của hệ thống ở đầu ra (Hình 3-b). Hiệu suất của một hệ thống phụ
thuộc vào năng lực hoạt động của phần cứng (tốc độ tính tốn của CPU, thời
gian truy nhập và dung lượng bộ nhớ làm việc và bộ nhớ ngoài, tốc độ và
phương thức vào/ra số liệu, ...), phần mềm (khả năng hỗ trợ của hệ điều hành
đối với các chương trình ứng dụng để có thơng lượng lớn), độ song song tính
tốn của phần cứng, phần mềm cũng như mục tiêu của phương thức vận
hành (đối với một hệ thống tính tốn ở chế độ hoạt động hỗn hợp giữa tương
tác với người dùng và xử lý theo lô chẳng hạn, thì thời gian phản ứng ngắn
được ưu tiên thực hiện hơn là số lượng tối đa các bài toán của lô được xử lý)
[17, 47].

TIEU LUAN MOI download :


10

Performance

(Effectivity, Reliability, Security)
User
Organization
Appl.
User friendships:
- Response time
- Availability
- Interfaces
- Progr. languages

Speed
MIPS

Load

O HW
S
software
Level

Capacity
Service rate

System

Level
Throughput
(task pro time unite)

a) Quality of service of system component

b) Load – System Relationship

Hình 3 : Đánh giá chất lượng hoạt động của hệ thống
Trong khuôn khổ luận văn này, hiệu suất của một hệ thống được hiểu theo
nghĩa hẹp là các tiêu chí xác định tính hiệu quả hoạt động của hệ thống một
cách định lượng. Đối với một hệ thống mạng máy tính, đánh giá hiệu suất
(performance evaluation) là xác định về mặt định lượng chất lượng phục vụ
của hệ thống mạng đó đối với việc chuyển tiếp (bao gồm truyền và chuyển
mạch) số liệu của các ứng dụng trên hệ thống mạng. Chất lượng chuyển tiếp
số liệu của một hệ thống mạng được xác định bằng các đại lượng như thông
lượng (throughput), nghĩa là: lượng số liệu (hữu ích) tính bằng bit, byte hoặc
gói số liệu được truyền tải trong một đơn vị thời gian; thời gian trễ (delay)

TIEU LUAN MOI download :


11
và thay đổi thời gian trễ (delay variation) khi chuyển tiếp số liệu trên một hệ
thống mạng; xác suất xảy ra lỗi và thời gian xử lý, khắc phục lỗi; ...

2.2 Công cụ mô phỏng NS-2 (network simulator)
NS là hệ mơ phỏng máy tính được xây dựng và phát triển bởi dự án
VINT của phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley National
Laboratory.

NS là một hệ mơ phỏng có cấu trúc hướng đối tượng. Nó được xây
dựng trên hai ngơn ngữ là C++ và Otcl và được xây dựng theo cách có thể
được mở rộng bởi người dùng hay người dùng có thể “lập trình được” trên
nền của hệ mơ phỏng NS. Với cách tiếp cận này thì ta có thể coi mỗi một

mơ phỏng như một chương trình hơn là các mơ hình cứng nhắc, tĩnh, khơng
thể thay đổi. Một mơ phỏng gồm các đối tượng có thể cấu hình tuỳ thích để
có thể đạt được mục đích mơ phỏng đề ra.

Do vậy những người thiết kế NS đã không chọn một ngôn ngữ duy
nhất để xây dựng môi trường mơ phỏng, bởi sẽ có những địi hỏi khác nhau
về chính mục đích của việc mơ phỏng. Khi cần mơ phỏng những tầng thấp
của mạng máy tính, xử lý ở mức độ byte hay tiêu đề của các gói tin thì cần
địi hỏi một hiệu quả tính tốn cao, và một ngôn ngữ biên dịch như C++ đáp
ứng được nhu cầu đó. Mặt khác, việc phải thay đổi cấu hình của một mơ
phỏng để tìm ra một cấu hình tốt và hiệu quả lại u cầu ngơn ngữ script, ví
dụ như là Tcl.

TIEU LUAN MOI download :


12

Những người thiết kế đã khai thác mơ hình lập trình phân chia ngơn
ngữ (trên hai ngơn ngữ), ở đó nhân của hệ mô phỏng được viết bằng C++ là
phần có tốc độ thực hiện cao, cịn phần định nghĩa, cấu hình và điều khiển
mơ phỏng được viết ngơn ngữ script Tcl. Cách tiếp cận này mang lại một
hiệu quả rất cao vì nó đã chia mục đích của việc mô phỏng thành những
phần nhỏ và giải quyết chúng bằng những ngơn ngữ phù hợp. Nó cung cấp
cho người lập trình mơ phỏng khả năng sử dụng dễ hơn, mềm dẻo và linh
hoạt hơn.

Vì C++ là ngơn ngữ hướng đối tượng mà Tcl thì khơng nên ta phải
xây dụng những đối tượng macro bậc cao cho phù hợp với các lớp của C++.
Sau này, để đạt được một hệ thống sáng sủa hơn, mềm dẻo và mạnh hơn,

trong phiên bản thứ hai của mình, NS đã thay Tcl bởi một ngơn ngữ Tcl
hướng đối tượng là OTcl. Và để có sự liên kết gắn bó giữa hai ngơn ngữ đó,
ta cần có một ngơn ngữ làm cầu nối là TclCl là một ngôn ngữ mở rộng của
Tcl. Với sự thay đổi đó thì các đối tượng macro đã được thay bằng các lớp
OTcl và trở nên dễ sử dụng bởi tập hợp các phương thức của một lớp Otcl
được thiết kế gần gũi với người viết các script, tức là các người dùng. Điều
đó dẫn đến một kiến trúc phân tầng hỗ trợ nhiều tầng các khái niệm mơ
phỏng. Ví dụ như các đối tượng bậc cao sẽ thể hiện tồn bộ kiến trúc của
mạng, và tập hợp các cơng việc trong mạng, trong khi đó các đối tượng bậc
thấp lại thể hiện được các khái niệm như phân kênh, hàng đợi,...

Cùng với NS, Nam ( Netwoark Animator) và Xgraph là hai cơng cụ
để trực quan hố những kết quả thu được từ NS. Khi NS thực hiên mô

TIEU LUAN MOI download :


13
phỏng, nếu chương trình mơ phỏng của người dùng có các thao tác để xuất
ra các file dữ liệu *.nam thì những file đó là đầu vào của chương trình Nam,
và Nam thể hiện những phần của việc mô phỏng như là topology của mạng,
sự truyền tin, hỗ trợ việc xem xét các kết quả mô phỏng tại những thời gian
theo ý muốn... Nếu chương trình mơ phỏng của người dùng có các thao tác
xuất ra các file *.tr thì chúng sẽ là dữ liệu vào đối với Xgraph. Xgraph sẽ
nhận dữ liệu và vẽ ra những biểu đồ thể hiện những kết quả của công việc
mô phỏng.
NS được nhiều cá nhân và tổ chức ở nhiều nơi trên thế giới dùng để phục vụ
cho việc học tập và nghiên cứu mạng máy tinh. NS hỗ trợ các khía cạnh
khác nhau trong mạng máy tính. Từ các lớp mơ phỏng cơ sở như là các
Node, các liên kết để tạo thành Topology của mạng, các gói tin, việc chuyển

tiếp các gói tin, độ trễ truyền dẫn, rồi đến lớp dùng để phân kênh các gói tin
nhằm mục đích hướng các gói tin đến các trạm xác định, các Agent xác
định. Rồi đến việc quản lý các hàng đợi tại các trạm trung chuyển, lập lịch
trình cho các gói tin, các thuật toán tránh tắc nghẽn, nâng cao hiệu suất
truyền tin. Trong NS, ngưịi dùng có thể mơ phỏng các mạng LAN, mạng
không dây, thông tin vệ tinh,..rồi các ứng dụng như là Ftp, Http, Webcache,
Telnet,..dựa trên các Agent của tầng giao vận, trên các mô phỏng về kỹ thuật
chọn đường, các giao thức tầng giao vận,...

TIEU LUAN MOI download :


14

CHƢƠNG 2
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG KHÔNG DÂY
KHÔNG CẤU TRÚC
1.Nguyên tắc chung
Một trong những thách thức lớn nhất đối với việc định tuyến trong
mạng di động kiểu ad hoc là tổ chức kết nối mạng thay đổi một cách ngẫu
nhiên, phụ thuộc vào sự di chuyển của các trạm làm việc kết nối trong mạng;
số lượng các trạm làm việc, đồng thời là các trạm định tuyến, có thể rất lớn,
thơng tin định tuyến, vì vậy, ln thay đổi, địi hỏi các thuật toán định tuyến
phải được thiết lập một cách tin cậy, hạn chế đến mức tối đa việc trao đổi,
cập nhật thông tin định tuyến đối với các trạm làm việc, để có thể dành tối
đa băng thơng có được cho việc trao đổi số liệu của các ứng dụng.
Có hai loại thuật tốn định tuyến trong mạng di động kiểu ad hoc: a) Định
tuyến trước (proactive), và b) Định tuyến theo yêu cầu (reactive or ondemand). Định tuyến trước cho phép các trạm làm việc cập nhật thường
xuyên bảng định tuyến của mình, nghĩa là: ln có được thơng tin định
tuyến đến mỗi trạm đích khác trong mạng, và vì vậy, sẵn sàng chuyển tiếp

các gói số liệu đến trạm đích khi có u cầu định tuyến. Để có được thơng
tin định tuyến tức thời, đồng nghĩa với thời gian định tuyến nhỏ, các trạm
làm việc phải thường xuyên trao đổi, cập nhật thông tin định tuyến, khiến tải
số liệu trong mạng nói chung tăng, làm giảm thơng lượng số liệu hữu ích
trong mạng. Ngược lại, định tuyến theo yêu cầu chỉ xác định thông tin định
tuyến đến trạm đích khi có u cầu định tuyến. Rõ ràng, trong trường hợp
này, để giảm thiểu thông tin định tuyến trao đổi, người ta phải trả giá bằng
thời gian định tuyến lớn, và vì vậy, các thuật tốn định tuyến theo yêu cầu

TIEU LUAN MOI download :


15
không phù hợp với các ứng dụng thời gian thực ngày càng phổ biến trong
mạng.
Phần tiếp theo trình bày một số thuật tốn định tuyến tới một đích (unicast
routing algorithms). Về các thuật toán định tuyến quảng bá (multicast
routing algorithms).
2.Các thuật toán định tuyến
2.1 Định tuyến trƣớc
Một trong các thuật toán định tuyến trước là thuật toán định tuyến
vector khoảng cách DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector), dựa
trên thuật toán định tuyến Ballman-Ford. Mỗi trạm làm việc thường xuyên
cập nhật bảng định tuyến của mình với thơng tin đường đi và số chặng tới tất
cả các trạm đích trong mạng. Thơng tin định tuyến tới mỗi trạm đích
(routing entry) được gán một số tuần tự của trạm đích đó. Số tuần tự này
giúp các trạm làm việc phân biệt thông tin định tuyến cũ (stale route) với
thơng tin định tuyến mới, từ đó giúp ngăn chặn việc hình thành đường đi
vịng lặp (routing loop) đối với mỗi trạm đích. Thơng tin định tuyến được
phát quảng bá định kỳ trong mạng để giúp các trạm cập nhật bảng định

tuyến của mình.
Để hạn chế thơng tin định tuyến trao đổi trong mạng, người ta thực hiện
phương thức quảng bá thông tin định tuyến như sau: a) Quảng bá toàn bộ nội
dung bảng định tuyến (full dump) mỗi khi trạm làm việc di chuyển (không
định kỳ); b) Chỉ quảng bá định kỳ những thông tin định tuyến mới thay đổi
so với lần quảng bá toàn bộ nội dung bảng định tuyến (full dump) trước
(incremental dump) [5, 6].
2.2 Định tuyến theo yêu cầu

TIEU LUAN MOI download :


16
Thuật toán định tuyến theo nguồn động (Dynamic Source Routing)
thuộc loại thuật toán định tuyến theo yêu cầu. Định tuyến theo nguồn nghĩa
là: thông tin định tuyến do trạm nguồn xác định, và được chuyển cùng với
gói số liệu. Dọc đường đi, các trạm làm việc chuyển tiếp gói số liệu đến trạm
đích căn cứ vào thơng tin định tuyến được lưu giữ trong trường thông tin
định tuyến của bản thân gói số liệu đó.
Thơng thường, mỗi khi có u cầu định tuyến một gói số liệu đến một trạm
đích, trạm làm việc điền thơng tin định tuyến có trong bảng định tuyến vào
trường định tuyến của gói số liệu và chuyển đi trong mạng. Trong trường
hợp khơng tìm thấy thông tin định tuyến trong bảng định tuyến, trạm làm
việc khởi động quá trình tìm đường (path discovery), bằng cách phát quảng
bá gói số liệu "u cầu tìm đường", trong đó chứa địa chỉ trạm đích, địa chỉ
trạm nguồn và một từ định danh. Các trạm làm việc nhận được yêu cầu tìm
đường xử lý như sau: a) nếu biết thơng tin định tuyến đến trạm đích thì điền
các thơng tin này vào trường định tuyến của gói số liệu trả lời và gửi trở lại
trạm có yêu cầu định tuyến; b) trong trường hợp ngược lại, trạm làm việc
điền địa chỉ của mình vào trường định tuyến và chỉ gửi trên tất cả các đường

ra, nếu gói số liệu này chưa được "nhìn" bởi trạm này và địa chỉ của trạm
này chưa có trong trường định tuyến của gói số liệu. Trạm đích nhận được
gói số liệu "u cầu tìm đường" với các thơng tin định tuyến từ trạm nguồn
đến trạm đích, điền các thơng tin này vào trường định tuyến của gói số liệu
trả lời và gửi trở lại trạm có yêu cầu định tuyến.
Trạm làm việc hoặc trạm đích gửi gói số liệu trả lời cho trạm có u cầu
định tuyến bằng nhiều cách: a) gửi thơng thường cho một trạm đích khi có
đầy đủ thơng tin định tuyến; b) nếu đường truyền "yêu cầu tìm đường" là
đường truyền đối xứng, nghĩa là, đường truyền có khả năng trao đổi số liệu
hai chiều, thì sử dụng chính đường truyền này để gửi lại trạm nguồn; c) nếú

TIEU LUAN MOI download :


17
cả hai khả năng trên đều không thực hiện được thì khởi động quá trình tìm
đường đến trạm nguồn như mô tả ở trên.
Bảng định tuyến được cập nhật mỗi khi có một đường mới được xác định, và
thơng tin định tuyến mới được bổ sung vào bảng định tuyến, hoặc một hay
nhiều chặng bị lỗi, và tất cả thông tin định tuyến đến trạm đích có chứa
chặng bị lỗi đều bị loại bỏ khỏi bảng định tuyến. Mỗi khi phát hiện một hoặc
nhiều chặng (link) bị lỗi (mức liên kết số liệu), trạm làm việc quảng bá
thông tin lỗi nói trên trong gói số liệu thơng báo lỗi (route error packet) để
các trạm làm việc cập nhật bảng định tuyến của mình [5, 6].
3.Phân tích đánh giá hiệu suất các giao thức định tuyến
Trong môi trường truyền thông không dây, di động. Có rất nhều yếu
tố ảnh hưởng tới hiệu suất hoạt động của mạng. Các nhân tố này tiềm ẩn chủ
yếu tại bốn tầng cuối trong mơ hình hệ thống mở bảy mức OSI. Đó là các
tầng: tầng vật lý (physic layer), tầng liên kết dữ liệu (MAC), tầng mạng
(network), và tầng giao vận (transport). Với môi trường truyền thơng bằng

sóng vơ tuyến hiệu suất mạng sẽ bị giảm bởi những yếu tố là: ảnh hưởng của
nhiễu (noise), sự giảm năng lượng sóng mang (fading), băng thơng hẹp
(IEEE 802.11b là 11Mbps). Tại tầng mạng (network layer), với đặc trưng
của mạng MANET là các trạm trong mạng hoạt động như chức năng của bộ
định tuyến (router) mạng MANET trở thành mạng Multi – Hop. Vậy nên vai
trò của các giao thức định tuyến là rất quan trọng. Trong mạng không dây
không cấu trúc, hiện tượng mất kết nối thường xun xảy ra, các thuật tốn
tìm đường ln được kích hoạt để tìm ra những con đường mới. Vậy nên
hiệu suất hoạt động các giao thức định tuyến có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu
suất của mạng [2, 3, 21, 28].

TIEU LUAN MOI download :


18
Phần dưới đây trình bày những kết quả mơ phỏng hoạt động của ba
giao thức định tuyến là AODV, DSDV và DSR. Tiếp đó trình bày những
phân tích đánh giá hiệu suất hoạt động của ba giao thức trên.

3.1 Các đơn vị đo hiệu suất.
- Tỷ lệ gói tin tới đích (Packet delivery fraction - PDF)
Tỷ lệ của số lượng các gói tin tới đích trên tổng số gói tin được phát đi.
- Độ trễ truyền tin (Average end – to – end delay of data packet)
Tổng thời gian trễ do quá trình tìm đường, thời gian chờ trong hàng đợi của
tầng MAC, thời gian trễ do truyền lại các gói tin bị mất, thời gian phát và
truyền tin.
- Chi phí định tuyến (Normalized routing load)
Tỷ lệ số lượng các gói tin định tuyến đối với số lượng các gói tin dữ liệu
nhận được tại trạm đích (receiver).
Trong các đơn vị đánh giá hiệu suất nêu trên, hai đơn vị đầu tiên là: Tỷ lệ

gói tin tới đích (Packet delivery fraction - PDF) và Độ trễ truyền tin
(Average end – to – end delay of data packet) là quan trọng hơn. Đơn vị đo
thứ ba: Chi phí định tuyến (Normalized routing load) chỉ nhằm đánh giá
thêm về tác động của giao thức định tuyến đối với hiệu suất TCP.
3.2 Kết quả mơ phỏng và những phân tích.
3.2.1 So sánh hiệu suất hoạt động của ba giao thức định tuyến AODV,
DSR và DSDV.

TIEU LUAN MOI download :


19
Mô phỏng thực hiện đối với ba giao thức định tuyến là AODV, DSR,
và DSDV. Kết quả dưới đây được rút ra từ 50 lần chạy mô phỏng với những
tham số là: 20 nguồn node, di chuyển trong phạm vi 500x500 met. Thời gian
tạm dừng(pause time) của các node là 0, 10, 20,30,..100 giây(thời gian tạm
dừng của các node >= 100 giây thì các node được coi là đứng yên) thời
gian tạm dừng của các node thể hiện tính ổn định tạm thời Topology của
mạng . Mô phỏng này nhằm mục đích so sánh hiệu suất hoạt động của TCP
trên ba giao thức định tuyến. Để từ đó có thể lựa chọn những giao thức định
tuyến có hiệu suất hoạt động cao hơn.
3.2.1.1 Kết quả mô phỏng

100

Packet Delivery Fraction (PDF)

%%
%%

90

Packet delivery fraction (%)

80
70
60
50

AODV, 20 sources

40

DSR, 20 sources

30

DSDV, 20 sources

20
10
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pause time (secs)

TIEU LUAN MOI download :


20
Hình 4 - Biểu đồ so sánh tỷ lệ gói tin tới đích (PDF) của các giao thức
định tuyến AODV, DSDV và DSR

Average End-End delay
0.4

Average delay (secs)

0.35
0.3

AODV, 20 sources

0.25

DSR, 20 sources

0.2

DSDV, 20 sources

0.15
0.1
0.05
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pause time (secs)

Hình 5 - Biểu đồ so sánh độ trễ truyền tin (Average end – to – end
delay of data packet) của các giao thức định tuyến AODV, DSDV và
DSR

TIEU LUAN MOI download :


21

3.2.1.2 Phân tích các kết quả thu đƣợc
A/ So sánh tỷ lệ gói tin tới đích (PDF) : Theo số liệu mơ phỏng và ta
có thể quan sát trong hình 4 thì trong các trường hợp mạng có thời gian tạm
dừng của các node(pause time) lớn có nghĩa là các node ít di chuyển,
Topology mạng ít thay đổi thì tỷ lệ các gói tin tới đích của cả ba giao thức
định AODV, DSR, DSDV đều đạt xấp xỉ 100%. Đối với trường hợp mạng
có thời gian tạm dừng của các node là nhỏ, các node di chuyển liên tục, thì
tỷ lệ các gói tin tới đích (PDF) của ba giao thức định tuyến trên có sự khác
biệt rõ ràng. Tỷ lệ gói tin tới đích của giao thức AODV, trung bình là 95%.
PDF của giao thức DSR là xấp xỉ 90%, cịn của DSDV là khoảng 75%.
Điều đó chứng tỏ rằng tỷ lệ các gói tin tới đích (PDF) phụ thuộc nhiều vào
điều kiện di chuyển của các node trong mạng. Đối với những mạng mà có
các node di chuyển liên tục thì các giao thức định tuyến loại On-Demand có

tỷ lệ các gói tin tới đích vượt trội hơn hẳn so với các giao thức định tuyến
loại proactive.
B/ So sánh độ trễ truyền tin(Average End-End Packet Delivery): Độ
trễ truyền tin(Average End-End Packet Delivery) của ba giao thức định

TIEU LUAN MOI download :


22
tuyến AODV, DSR, và DSDV có sự trênh lệch đáng kể khi các node trong
mạng di chuyển liên tục(thời gian tạm dừng nhỏ). Giao thức AODV có độ
trễ trung bình nhỏ nhất, sau đó là DSR và DSDV. Ví dụ như trong trường
hợp mạng có thời gian tạm dừng của các node(pause time) là 20 giây. Độ trễ
truyền tin của: AODV là 0.9 giây, DSR là 1.5 giây, còn DSDV là 2.0 giây.
Qua so sánh hai thông số đánh giá hiệu suất ở trên thì cả hai giao thức
định tuyến thuộc loại On-demand đều cho kết quả hiệu suất hoạt động cao
hơn giao thức DSDV (proactive). Vậy nên đối với những mô phỏng tiếp
theo chỉ thực hiện trên hai giao thức On-Demand là AODV và DSR.
3.2.2 So sánh hiệu suất hoạt động của hai giao thức AODV và DSR với
số lƣợng các node và thời gian tạm dừng khác nhau.
Trong mơ phỏng ở trên, đối với những mạng có sự di chuyển của các
node cao với 20 node trong mạng. Hiệu xuất TCP trên giao thức AODV cao
hơn giao thức DSR. Để có kết quả tồn diện hơn, chúng tơi tiến hành mô
phỏng với số lượng các node là 10, 20, 30, 40 với thời gian tạm dừng của
các node(pause time) là 0, 10, 20, 40, 100 giây. Tần số gửi tin là 4 gói
tin/giây.
3.2.2.1 Kết quả mơ phỏng

TIEU LUAN MOI download :

23
PDF
100
Packet delivery fraction(%)

90
80
70
60
AODV, 10 sources

50

DSR, 10 sources

40
30
20
10
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pause time (sec)

Hình 6 - Biểu đồ so sánh tỷ lệ gói tin tới đích (PDF) của các giao thức
định tuyến AODV và DSR

TIEU LUAN MOI download :


24

Normalized Routing Load
1
AODV, 10 sources

Normalized routing load

DSR, 10 sources

0.8

0.6

0.4

0.2

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pause time(secs)

Hình 7 - Biểu đồ so sánh chi phí định tuyến của các giao thức định
tuyến AODV và DSR. Mạng 10 node.

TIEU LUAN MOI download :