KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Phạm Văn Tứ

KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG 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
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Phạm Văn Tứ


KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG 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 hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Việt
Cán bộ đồng hƣớng dẫn: Ths. Đoàn Minh Phƣơng










HÀ NỘI - 2010

TÓM TẮT
Ngày nay, cùng với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của các thiết bị di động cá
nhân nhƣ: 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
vƣợt 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 chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi và
đang đƣợc thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để
mạng đạt đƣợc hiệu quả hoạt động tốt hơn. Khóa luận nghiên cứu ảnh hƣởng 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 đƣa 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 hƣớng đi thay đổi.



MỤC LỤC

TÓM TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
LỜI CẢM ƠN
Chƣơng 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
Chƣơng 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
Chƣơng 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
Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG ẢNH HƢỞNG 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 lƣu lƣợng đƣa 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 hƣởng của sự chuyển động của nút mạng đến hiệu suất của các giao thức
định tuyến 47
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
PHỤ LỤC 53
1. Bảng các trƣờng phụ thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin 53
2. Mô phỏng mạng MANET 56
3. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công 58
4. Thời gian thiết lập kết nối 59



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 18: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk 45
Hình 19: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Waypoint 46
Hình 20: 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 trƣờng 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

Trƣớc tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS.Nguyễn Đình Việt,
ngƣời 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 Phƣơng, ngƣời đã hƣớng dẫn tôi trong giai đoạn chuẩn
bị nhận đề tài.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy, cô trong trƣờng 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 ngƣời, rèn luyện cho chúng
tôi nghị lực, khát vọng vƣơn lên, phát huy khả năng tƣ duy sáng tạo trong mọi lĩnh
vực.
Cuối cùng, tôi xin đƣợc cảm ơn gia đình, bạn bè, những ngƣời thân yêu nhất của
tôi. Mọi ngƣời luôn ở bên cạnh tôi, động viên, khuyến khích tôi vƣơn 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

Phạm Văn Tứ 1 K51MMT
Chƣơng 1. GIỚI THIỆU
1.1 . Sự ra đời và phát triển của các mạng không dây
Mạng không dây đƣợc đánh dấu mốc hình thành từ những năm 1887 khi
Heinrich Rudolf Hertz chứng minh đƣợc 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 đƣa công nghệ mạng không dây không ngừng cải tiến vƣợt trội về tốc độ
truyền nhận dữ liệu. Những năm gần đây nền công nghiệp không dây và di động tăng
trƣởng 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 đƣợc minh họa trên Hình 1 dƣới đây.

Hình 1: Sự phát triển của mạng không dây và di động

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 2 K51MMT
Các mốc hình thành và phát triển của mạng không dây:

Nikola Tesla truyền
thành công sóng radio.



Heinrich Rudolf Hertz
đã tạo ra đƣợc sóng điện
từ. Ông đã chứng minh
đƣợc 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 vƣợt Đại Tây
Dƣơng từ Arlington

Virginia tới Pháp.
Tháp Eiffel đã đƣợc sử
dụng để đặt anten thu tín
hiệu.

Sóng FM đã đƣợc phát
triển bởi Edwin H.
Armstrong và đƣợc 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
đƣợc sử dụng trên khắp
châu Âu.
- 1991: Các mạng GSM
đầu tiên đã đƣợc đƣa ra
bởi Radiolinja ở Phần
Lan với kỹ thuật bảo
dƣỡng 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
đƣợc phát triển bởi
Ericsson, sau đó đƣợc
chuẩn hoá bởi

Bluetooth Special
Interest Group (SIG).
- 1999: Chuẩn 802.11b
đƣợc 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 đƣợc tạo ra,
với tốc độ tối đa là
2Mb/s.

1997
1998, 1999
2001
2003
2004, 2009
2010
Chuẩn IEEE 802.16 đƣợc
phát hành. Chuẩn này
đƣợc biết đến dƣới cái tên
WIMAX.


- Chuẩn 802.11g đƣợc
phát hành với tốc độ
tối đa lên tới 54 Mb/s.
- Bluetooth 1.2 đƣợc
công bố.

*2004:
- Phiên bản mới của
chuẩn 802.16 đƣợc bổ
sung, hoàn thiện chuẩn
WIMAX.
- Phát hành chuẩn
Bluetooth 2.0

*2009:
- Chuẩn 802.11n đƣợc
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 đƣợc 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

Phạm Văn Tứ 4 K51MMT
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 tƣơng 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 hƣởng 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 trƣờng mô phỏng, đƣa các giao thức định tuyến trong mạng
MANET vào mô phỏng thông qua NS-2.
 Đánh giá ảnh hƣởng 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 đƣa ra các nhận xét so sánh giữa ba giao thức.
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 5 K51MMT
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 đƣợc điều khiển bởi các
sự kiện rời rạc. NS-2 đƣợc thiết kế và phát triển theo kiểu hƣớng đối tƣợng, đƣợc phát
triển tại đại học California, Berkely. Bộ phần mềm này đƣợc viết bằng ngôn ngữ C++
và OTcl.

Hình 2: Cấu trúc của NS-2

Cấu trúc của NS-2 bao gồm các thành phần đƣợc chỉ ra trên Hình 2, chức năng của
chúng đƣợc mô tả nhƣ sau:
 OTcl Script Kịch bản OTcl
 Simulation Program Chƣơng trình Mô phòng
 OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hƣớng đối tƣợng
 NS Simulation Library Thƣ viện Mô phỏng NS
 Event Scheduler Objects Các đối tƣợng Bộ lập lịch Sự kiện
 Network Component Objects Các đối tƣợng 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
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 6 K51MMT
Trong hình 2 trên, NS là Bộ biên dịch Tcl mở rộng hƣớng đối tƣợng; bao gồm
các đối tƣợng: Bộ lập lịch sự kiện, các đối tƣợng thành phần mạng và các mô đun trợ
giúp thiết lập mạng.
Để sử dụng NS-2, ngƣời dùng lập trình bằng ngôn ngữ kịch bản OTcl. Ngƣời
dùng có thể thêm các mã nguồn Otcl vào NS-2 bằng cách viết các lớp đối tƣợng mới
trong OTcl. Những lớp này khi đó sẽ đƣợc 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 ngƣời dùng đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết quả
mô phỏng có thể đƣợc lƣu trữ vào tệp vết (trace file) với khuôn dạng (format) đƣợc
những ngƣời phát triển NS định nghĩa trƣớc hoặc theo khuôn dạng do ngƣời sử dụng
NS quyết định khi viết kịch bản mô phỏng. Nội dung tệp vết sẽ đƣợc 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 nhƣ: các nút
mạng, đƣờng 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 nhƣ: Gnuplot,
XGRAPH hay TRACEGRAPH.

Hình 3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2
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 7 K51MMT
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
ƣu 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 trƣớc khi đƣa vào sử dụng.
 Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần nhƣ ta không thể thực thi
đƣợc 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 nhƣ: TCP, UDP
 Các dịch vụ nguồn lƣu lƣợng nhƣ: FTP, CBR, VBR, Telnet, http
 Các kỹ thuật quản lý hàng đợi: Vào trƣớc Ra trƣớc (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 nhƣ: 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
đƣờng truyền (MAC) đối với mô phỏng LAN.

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 8 K51MMT
1.4 . Tổ chức của KLTN
Nội dung khóa luận bao gồm bốn chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 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 đƣợc mục tiêu nghiên cứu
xuyên suốt trong đề tài khóa luận tốt nghiệp này.
Chƣơng 2: Trình bày các giao thức MAC của mạng LAN và WLAN nhƣ giao
thức CSMA/CD, CSMA/CA cùng hai chuẩn tƣơng ứng là IEEE 802.3 và IEEE
802.11.
Chƣơng 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 nhƣ DSDV, AODV, DSR, OLSR,
TORA và phân loại các kỹ thuật định tuyến khác nhau.
Chƣơng 4: Từ các kết quả thực nghiệm mô phỏng chúng tôi đánh giá ảnh hƣởng
của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong

mạng MANET.
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 9 K51MMT
Chƣơng 2. GIAO THỨC MAC CỦA MẠNG LAN VÀ
WLAN
2.1. Mạng LAN và mạng WLAN
Trong nhƣng năm gần đây mạng WLAN đã trở lên phổ biến rộng khắp ở mọi
nơi: lớp học, sân trƣờng, thƣ viện, văn phòng, quán cà phê, khách sạn, tới hộ gia đình.
Mạng WLAN đã đạt đƣợc những bƣớc tiến khá dài và vững chắc, dần trở thành một
đối trọng của công nghệ mạng LAN phổ biến từ trƣớc tới nay. Các lợi thế lớn mà
WLAN đem lại cho ngƣời dùng gồm:
1. Tính di động:
Với khả năng hỗ trợ của mạng không dây, ngƣời dùng không bị ràng buộc vào
các dây nối, tức là trong khi đang kết nối ngƣời 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
nhƣ trong mạng LAN truyền thống. Nhờ đó ngƣời 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 trƣờng truyền luôn
có sẵn mọi lúc, mọi nơi mà không cần phải lên kế hoach trƣớc, không cần kéo dây cáp
mạng hay bất kỳ sự vƣớng víu nào. Ngƣời 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 đƣợc 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
nhƣ Access point, Switch, Router, sau đó không cần phải đi thêm các hệ thống dây cáp
đến từng máy cố định nhƣ trong mạng thông thƣờng.

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 10 K51MMT
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 trƣờng truyền (MAC sublayer) của
lớp liên kết dữ liệu (Data link layer) trong mạng Ethernet. Theo chuẩn này, các kết nối
vật lý đƣợc thực hiện giữa các nút và (hoặc) các thiết bị cơ sở hạ tầng nhƣ: 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 thƣớc gói tin tối đa theo chuẩn là 1518 byte, mặc dù vậy để hỗ trợ mạng
LAN ảo và độ ƣu tiên dữ liệu trong chuẩn 802.3ac, nó đƣợc mở rộng tới 1.522
byte. Nếu giao thức lớp trên đƣa ra một khung dữ liệu (PDU) nhỏ hơn 64 byte, thì
chuẩn 802.3 sẽ đệm thêm các trƣờng dữ liệu để đạt đƣợc tối thiểu 64 byte. Do đó kích
thƣớc 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 đƣợc nâng lên. Dƣới 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

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 11 K51MMT
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, trƣớc tiên nó lắng nghe
xem đƣờng 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.
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 12 K51MMT
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 đƣợc ra đời vào tháng sáu năm 1997 (802.11-
1997) nhƣng phải mãi đến tháng 9 năm 1999 chuẩn 802.11b ra đời mới đƣợc chấp
nhận rộng rãi. Tiếp theo đó là sự ra đời của chuẩn 802.11g và 802.11n đánh dấu sự cải
tiến vƣợt trội về tốc độ truyền tải mạng không dây. Trong đó chuẩn 802.11n đƣợc 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

4
40
15, 30, 45, 60, 90, 120, 135,
150
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 13 K51MMT
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 phƣơng thức truy cập của
lớp hai (Data link). Nguyên tắc hoạt động của phƣơng thức này dựa trên việc cảm
nhận sóng mang, tránh xung đột và cơ chế nghe trƣớc khi nói “Listen before talk”.
Một nút trƣớc khi truyền phải lắng nghe kênh truyền trƣớc để xem có nút nào khác
đang truyền sóng trong vùng sóng cần truyền hay không.

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 14 K51MMT

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 đƣợc xung đột.
 Sau mỗi khoảng thời gian DIFS, nếu môi trƣờng truyền rỗi, thời gian
Backoff giảm đi 1. Trái lại nó đƣợc giữ nguyên cho khoảng thời gian
DIFS tiếp theo. Khi thời gian Backoff giảm đến không, nút bắt đầu truy
cập môi trƣờng truyền. Tuy nhiên, nếu trƣớc đó một nút khác đã truy cập
môi trƣờng truyền trƣớc 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.


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 15 K51MMT
Chƣơng 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 hƣớng, do đó liên kết của nó với các thiết bị khác cũng thay
đổi một cách thƣờng xuyên.
Nguyên lý làm việc của mạng Adhoc bắt nguồn từ năm 1968 khi các mạng
ALOHA đƣợc thực hiện. Tuy các trạm làm việc là cố định nhƣng giao thức ALOHA
đã thực hiện việc quản lý truy cập kênh truyền dƣới 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 lƣợng phát cần thiết.
Sau đó có nhiều mạng vô tuyên gói tin phát triển nhƣng các hệ thống không dây
này vẫn chƣa bao giờ tới tay ngƣời 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
trƣờng 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.
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 16 K51MMT
Trƣờng học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Adhoc trong trƣờng học,
lớp học, thƣ viện, sân trƣờng,… để kết nối các thiết bị di động (laptop, smartphone) lại
với nhau, giúp sinh viên, thầy cô giáo có thể trao đổi bài một cách nhanh chóng thông
qua mạng adhoc vừa tạo.
Gia đình: Tại nhà bạn có thể tạo nhanh mạng Adhoc để kết nối các thiết bị di
động của bạn với nhau, nhờ đó ta có thể di chuyển tự do mà vẫn đảm bảo kết nối
truyền tải dữ liệu.
Kết nối các thiết bị điện tử với nhau: Trong những năm tới khi mà các thiết bị
điện tử đều đƣợc gắn các giao tiếp không dây, giúp chúng có thể trao đổi giao tiếp với
nhau thì mạng Adhoc sẽ rất phù hợp để tạo nên một hệ thống thông mình có khả năng

liên kết với nhau.
3.1.2. Các đặc điểm chính của mạng MANET
Mỗi nút di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm về
nguồn năng lƣợng, bộ phận thu phát sóng khác nhau. Chúng có thể di chuyển về mọi
hƣớng theo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính
của mạng MANET nhƣ sau:
 Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn biến đổi theo các mức độ di
chuyển của nút mạng.
 Khoảng cách sóng ngắn: Khoảng cách sóng của các thiết bị di động là rất hạn
chế.
 Năng lƣợng hạn chế: Tất cả các thiết bị di động đều sử dụng pin nên khi tham
gia vào mạng MANET chúng bị hạn chế về năng lƣợng, khả năng xử lý của
CPU, kích thƣớc bộ nhớ.
 Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so với
đƣờng truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hƣởng của sự nhiễu, suy giảm tín hiệu,
các điều kiện giao thoa vì thế mà thƣờng nhỏ hơn tốc độ truyền lớn nhất của
sóng vô tuyến.
 Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi trƣờng
không khí, điều này khiến cho cơ chế bảo mật kém hơn so vơi môi trƣờng
truyền cáp vì nó tiềm ẩn nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đƣờng truyền, giả
mạo, DoS,…