NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV TRÊN CÔNG CỤ NS2

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

UBND TỈNH QUẢNG NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM
KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

----------

PHẠM THỊ PHƯƠNG THÙY

NGHIÊN VÀ CỨU MÔ PHỎNG
GIAO THỨC AODV TRÊN CÔNG CỤ NS2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Quảng Nam, tháng 04 năm 2017
Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

UBND TỈNH QUẢNG NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM
KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV

TRÊN CÔNG CỤ NS2

Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Phương Thùy

MSSV: 2113011031
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHÓA : 2013 – 2017.
Cán bộ hướng dẫn

TS. NGUYỄN HÀ HUY CƯỜNG

Quảng Nam, tháng 04 năm 2017
Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

MỤC LỤC
Phần 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài....................................................................................................1
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................2
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................2
1.3.2.Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................2
1.5. Cấu trúc đề tài ...........................................................................................................2
Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN VÀ

GIAO THỨC AODV ............................................................................................ 3
1.1. Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây .................................................3
1.2. Khái quát về giao thức AODV .................................................................................8
1.2.1. Giới thiệu về giao thức AODV..............................................................................8
1.2.2. Tổng quan về giao thức AODV...........................................................................12
1.3. Chức năng và ứng dụng của mạng cảm biến không dây ........................................14
1.3.1. Chức năng của mạng cảm biến không dây ..........................................................14
1.3.2. Ứng dụng của mạng cảm biến khơng dây ...........................................................15
1.4. Cơ chế duy trì thông tin định tuyến của giao thức AODV .....................................17
1.4.1. Cơ chế tạo thông tin định tuyến của giao thức AODV........................................17
1.4.2. Cơ chế duy trì thơng tin định tuyến của giao thức AODV..................................20
1.4.3. Quản lý bảng định tuyến của giao thức AODV...................................................21
CHƯƠNG II. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VỀ GIAO THỨC AODV ................................23
2.1. Các thuật tốn sử dụng trong mạng khơng dây ......................................................23
2.1.1. Thuật toán Vectơ khoảng cách (Distance Vector Algorithm) .............................23
2.1.2. Thuật toán trạng thái liên kết (Link State Algorithm) .........................................24
2.2. Thuật toán AODV...................................................................................................25
2.2.1. Ý tưởng của thuật toán AODV ............................................................................25
2.2.2. Lưu đồ thuật tốn AODV ....................................................................................27
2.2.3. Mơ tả thuật tốn AODV ......................................................................................27

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

2.3. Thuật ngữ AODV ...................................................................................................29

2.4. Hoạt động của AODV ............................................................................................31

2.4.1. Duy trì số trình tự.................................................................................................31

2.4.2. Các mục của bảng định tuyến và danh sách chặn trước ......................................32

2.4.3. Khởi tạo các yêu cầu của Router .........................................................................33

2.4.4. Điều khiển sự phân phát các bản tin yêu cầu của Router ....................................35

2.4.5. Xử lý và chuyển tiếp các yêu cầu của Router......................................................36

2.4.6. Duy trì kết nối cục bộ ..........................................................................................37

2.4.7. Khởi tạo các yêu cầu của router...........................................................................39

2.4.8. Các Interface ........................................................................................................41

CHƯƠNG III. MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV TRÊN CƠNG CỤ NS2..... 42

3.1. Giới thiệu về mơi trường mô phỏng NS-2..............................................................42

3.1.1. Tổng quan về NS-2..............................................................................................42

3.1.2. Các đặc điểm của NS-2 .......................................................................................42

3.1.3. Giới thiệu phần mềm Nam dùng kết hợp với NS-2.............................................43

3.2. Cài đặt Cygwin .......................................................................................................43

3.3. Mô phỏng giao thức AODV ...................................................................................49

3.4. Thời gian di chuyển của các nút.............................................................................53

Phần 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 54

1. Kết luận......................................................................................................................54

2. Kiến nghị....................................................................................................................55

Phần 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................56

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AODV Ad-hoc On Demand Distance Định tuyến cự ly vectơ theo yêu
Vector cầu tùy biến

RREQ Router Request Yêu cầu Router

DSDV Destination-Sequenced Định tuyến vectơ khoảng cách
Distace Vector routing tuần tự đến đích

RREP Router Reply Phản hồi của Router

MANET Mobile Ad Hoc Network Mạng di động tùy biến không
dây

RRER Router error Lỗi Router

NS-2 Network Simulator Mô phỏng mạng

WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường
LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu mô phỏng
giao thức AODV trên công cụ NS2”, cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và
rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ thầy cơ, gia đình và bạn bè, đề tài cơ bản đã
hoàn thành.

Tơi xin bày tỏ lịng chân thành biết ơn tới các Thầy Cô giáo trường Đại
Học Quảng Nam nói chung và các Thầy Cơ giáo khoa Cơng nghệ thơng tin nói
riêng. Trong suốt 4 năm qua đã tận tình truyền đạt cho chúng tơi những kiến
thức vô cùng quý báu và động viên tôi trong học tập cũng như trong cuộc sống.

Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Nguyễn Hà Huy Cường đã
tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện cho tơi hồn thành đề tài và sửa chữa những sai
sót trong q trình tơi thực hiện đề tài.

Tôi xin gửi lời cảm ơn các anh chị, bạn bè trong khoa đã giúp đỡ tôi về tài
liệu cũng như động viên, đóng góp ý kiến trong q trình tơi thực hiện và nghiên
cứu.

Cuối cùng, tơi muốn bày tỏ lịng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc
tới gia đình, bạn bè... những người luôn bên cạnh, động viên, giúp đỡ tôi trong
học tập và cuộc sống.

Đề tài có một số kết quả nhất định, tuy nhiên khơng thể tránh khỏi những
sai sót và hạn chế, kính mong được sự thơng cảm và đóng góp ý kiến của Thầy
Cô và các bạn.

Xin chân thành cảm ơn!

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường
1.1. Lý do chọn đề tài Phần 1. MỞ ĐẦU

Hiện nay, các hệ thống mạng ngày càng phức tạp, đòi hỏi phải đáp ứng
được với nhiều loại dịch vụ khác nhau, với tốc độ dịch vụ khác nhau, lưu lượng
các gói tin trên đường truyền khơng ngừng tăng lên, nhiều lúc dẫn đến tắc
nghẽn. Vì vậy, việc sử dụng các phương pháp giải thích ngày càng trở nên phức
tạp trong tính tốn các đối tượng ngẫu nhiên, đồng thời khó có những mơ hình
thực tế để đo thử nghiệm nên việc sử dụng các hệ thống mô phỏng máy tính trở
nên thuận lợi nhiều hơn.

Phương pháp mô phỏng là sử dụng chương trình phần mềm xây dựng các
đối tượng trong mạng dựa trên Topology đã được thiết kế. Hiện tại có rất nhiều
phần mềm mơ phỏng. Một trong số đó là NS2 một sản phẩm phần mềm lớn,
chuyên dụng cho việc mô phỏng.

Xu hướng phát triển chung mạng vô tuyến đã và đang được ứng dụng rộng
rãi trong cuộc sống bởi lợi ích mà nó mang lại. Số lượng các thiết bị dùng cho
mạng vô tuyến sẽ nhanh chóng vượt qua số lượng các thiết bị dùng cho mạng
hữu tuyến, điều này cũng đồng nghĩa với sự nghiên cứu, tìm hiểu về mạng vơ
tuyến cũng tăng trưởng tương tự. Nội dung nghiên cứu em xin được trình bày về
đề tài “Nghiên cứu và mơ phỏng giao thức AODV trên cơng cụ NS2”. Trong nội

dung khóa luận này em làm rõ hơn về giao thức định tuyến AODV.

Được sự gợi ý của Thầy TS. Nguyễn Hà Huy Cường em chọn đề tài “
Nghiên cứu và mô phỏng giao thức AODV trên cơng cụ NS2” để làm báo cáo
khóa luận tốt nghiệp.
1.2. Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu về mạng cảm biến không dây
Giới thiệu về giao thức AODV, tìm hiểu cơ chế hoạt động của giao thức
Đi sâu nghiên cứu giao thức AODV
Mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 1

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu

Giới thiệu về các khái niệm cơ bản về giao thức

Tập trung nghiên cứu giao thức AODV

Sử dụng chương trình mơ phỏng NS2 để mơ phỏng q trình định tuyến

trong mạng.

1.3.2. Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2

1.4. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về mạng cảm biến không dây, giao thức AODV,
công cụ mô phỏng NS2
Mô phỏng và đánh giá giao thức AODV trong mạng cảm biến không dây.
Thực nghiệm bằng công cụ mô phỏng NS2
Thu thập, phân tích các tài liệu và thơng tin liên quan đến đề tài
Thảo luận, lựa chọn phương hướng giải quyết vấn đề.
Triển khai xây dựng chương trình mô phỏng
1.5. Cấu trúc đề tài
Đề tài gồm có ba chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN và giao thức
AODV
Chương 2: Cơ sở nghiên cứu về giao thức AODV
Chương 3: Mô phỏng giao thứcAODV trên công cụ NS2

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 2

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN
VÀ GIAO THỨC AODV

1.1. Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây

Với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang lại nhiều hiệu quả đối

với khoa học cũng như trong các hoạt động thực tế, trong đó mạng máy tính là
một lĩnh vực đem lại hiệu quả thiết thực cho con người. Thơng qua mạng máy
tính chúng ta có thể chia sẻ thơng tin̉ ơ bất kỳ nơi nào trên mạng, tìm kiếm thơng
tin một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả. Mặc dù mạng máy tı́nh đã
xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến những năm gần đây, cùng với sự ra
đời các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng
không dây ngày càng trở nên cấp thiết. Nhiều công nghệ, phần cứng, các giao
thức, chuẩn giao tiếp mạng lần lượt ra đời và đang được tiếp tục nghiên cứu để
nâng cao hiệu năng làm việc [1].

“Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network)” bao gồm một tập
hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại
hoặc quang học) để phối hợp thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân
tán với quy mô lớn trong bất kỳ điều kiện và ở bất kỳ vùng địa lý nào. Mạng
cảm biến khơng dây có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp
hay gián tiếp thông qua một điểm thu phát (Sink) và môi trường mạng công
cộng như Internet hay vệ tinh [2]. Các nút cảm biến khơng dây có thể được triển
khai cho các mục đích chuyên dụng như điều khiển giám sát và an ninh; kiểm
tra môi trường; tạo ra không gian sống thơng minh; khảo sát đánh giá chính xác
trong nơng nghiệp; trong lĩnh vực y tế; ... Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng
triển khai hầu như trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả các môi trường nguy
hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến có dây truyền thống [1] [2].

“Mạng cảm biến không dây” là một trong những công nghệ thơng tin mới
phát triển nhanh chóng nhất, với nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Mạng
cảm biến không dây WSN là mạng liên kết các nút với nhau nhờ sóng radio.

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 3

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

Nhưng trong đó, mỗi nút mạng bao gồm đầy đủ các chức năng để cảm nhận, thu

thập, xử lý và truyền dữ liệu. Các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ

gọn, giá thành thấp ,…và có số lượng lớn, được phân bố khơng có hệ thống trên

phạm vi rộng, sử dụng nguồn năng lượng (pin) hạn chế thời gian hoạt động lâu

dài [19].

Hình 1.1. Mơ hình mạng cảm biến không dây thông thường

1.1.1. Cấu trúc của mạng cảm biến không dây
Một mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn các nút được triển

khai dày đặc bên trong hoặc ở rất gần đối tượng cần thăm dị, thu thập thơng tin
dữ liệu. Vị trí các cảm biến khơng cần định trước vì vậy nó cho phép triển khai
ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc các khu vực nguy hiểm. Khả
năng tự tổ chức mạng và cộng tác làm việc của các cảm biến không dây là
những đặc trưng rất cơ bản của mạng này. Với số lượng lớn các cảm biến không
dây được triển khai gần nhau thì truyền thơng đa liên kết được lựa chọn để công

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 4

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

suất tiêu thụ là nhỏ nhất (so với truyền thông đơn liên kết) và mang lại hiệu quả

truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền khoảng cách xa [10].

Hình 1.2.Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không

Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây được thể hiện trên hình 1.2.
Các nút cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field). Mỗi
nút cảm biến được phát tán trong mạng có khả năng thu thập thông số liệu, định
tuyến số liệu về bộ thu nhận (Sink) để chuyển tới người dùng và định tuyến các
bản tin mang theo yêu cầu từ nút Sink đến các nút cảm biến. Số liệu được định
tuyến về phía bộ thu nhận theo cấu trúc đa liên kết không có cơ sở hạ tầng nền
tảng (Multibước Infrastructureless Architecture), tức là khơng có các trạm thu
phát gốc hay các trung tâm điều khiển. Bộ thu nhận có thể liên lạc trực tiếp với
trạm điều hành (Task Manager ) của người dùng hoặc gián tiếp thông qua
Internet hay vệ tinh (Satellite) [11].

Mỗi nút cảm biến bao gồm bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến, bộ xử
lý, bộ thu phát không dây và nguồn điện. Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, nút cảm
biến còn có thể có các thành phần bổ sung như hệ thống tìm vị trí, bộ sinh năng
lượng và thiết bị di động. Các thành phần trong một nút cảm biến được thể hiện
trên hình 1.3. Bộ cảm biến thường gồm hai đơn vị thành phần là đầu đo cảm
biến và bộ chuyển đổi tương tự/số (ADC). Các tín hiệu tương tự được thu nhận
từ đầu đo, sau đó được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ chuyển đổi ADC, rồi
mới được đưa tới bộ xử lý. Bộ xử lý, thường kết hợp với một bộ nhớ nhỏ, phân

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 5

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

tích thơng tin cảm biến và quản lý các thủ tục cộng tác với các nút khác để phối

hợp thực hiện nhiệm vụ [10] [11].

Bộ thu phát đảm bảo thông tin giữa nút cảm biến và mạng bằng kết nối

khơng dây, có thể là vơ tuyến, hồng ngoại hoặc bằng tín hiệu quang. Một thành

phần quan trọng của nút cảm biến là bộ nguồn. Bộ nguồn, có thể là pin hoặc

ắcquy, cung cấp năng lượng cho nút cảm biến và không thay thế được nên

nguồn năng lượng của nút thường là giới hạn. Bộ nguồn có thể được hỗ trợ bởi

các thiết bị sinh điện, ví dụ như các tấm pin mặt trời nhỏ [12].

Hầu hết các công nghệ định tuyến trong mạng cảm biến và các nhiệm vụ

cảm biến yêu cầu phải có sự nhận biết về vị trí với độ chính xác cao. Do đó, các

nút cảm biến thường phải có hệ thống tìm vị trí. Các thiết bị di động đơi khi

cũng cần thiết để di chuyển các nút cảm biến theo yêu cầu để đảm bảo các

nhiệm vụ được phân công [13].

Các mạng vô tuyến khác bao gồm mạng cellular, mạng WLAN (Wireless

Local Area Network), và mạng phạm vi ở nhà. Các gói chuyển từ mạng này qua

mạng khác sẽ được hỗ trợ internet khơng dây. Mạng cellular đích đến là tại

những người sử dụng với tính di động cao. Tốc độ dữ liệu cho tính di động tại

mức này bị giới hạn do dịch tần Doppler. Mặt khác, WLAN có tốc độ dữ liệu

cao. Bluetooth và Home RF đích đến là tại nhà, tốc độ dữ liệu mong muốn có

dải radio thấp hơn và ngắn hơn nhiều, tính di động cũng thấp.WSN khác với các

mạng trên nó có một số lượng lớn các nút, khoảng cách giữa các nút láng giềng

là ngắn hơn so với các mạng trên. Do WSN hoàn toàn chỉ là các nút, chi phí cho

mỗi nút là ít. Mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn nhiều, bởi vì việc thay thế pin

của mỗi nút thậm chí một tháng một lần sẽ rất vất vả. Tốc độ dữ liệu và tính di

động trong WSN cũng thấp hơn [12] [13] [19].

1.1.2. Đặc điểm của mạng cảm biến không dây

Hoạt động chính của các thiết bị trong mạng cảm biến là đo lường và vận

chuyển các dịng thơng tin với khối lượng xử lý thấp, gồm các hoạt động nhận

lệnh, dừng, phân tích và đáp ứng. Vì dung lượng bộ nhớ trong nhỏ nên cần tính

tốn rất kỹ về khối lượng công việc cần xử lý và các sự kiện mức thấp xen vào

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 6

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

hoạt động xử lý mức cao. Một số hoạt động xử lý mức cao sẽ khá lâu và khó đáp

ứng tính năng thời gian thực. Do đó, các nút mạng phải thực hiện nhiều công

việc đồng thời và cần phải có sự tập trung xử lý cao độ [1].

Tính năng điều khiển ở các nút cảm biến không dây cũng như sự tinh vi của

liên kết xử lý lưu trữ chuyển mạch trong mạng cảm biến không dây thấp hơn

nhiều trong các hệ thống thơng thường. Điển hình, bộ cảm biến hay bộ chấp

hành (actuator) cung cấp một giao diện đơn giản trực tiếp tới một bộ vi điều

khiển chip đơn (đảm bảo tiêu thụ điện thấp nhất) [1] [19]. Ngược lại, các hệ

thống thông thường, với các hoạt động xử lý phân tán, đồng thời kết hợp với

một loạt các thiết bị trên nhiều mức điều khiển được liên hệ bởi một cấu trúc bus

phức tạp.

Các thiết bị cảm biến được nối mạng có khuynh hướng dành riêng cho ứng

dụng cụ thể, tức là mỗi loại phần cứng chỉ hỗ trợ riêng cho ứng dụng của nó. Vì

có một phạm vi ứng dụng cảm biến rất rộng nên cũng có thể có rất nhiều kiểu

thiết bị vật lý khác nhau. Với mỗi thiết bị riêng, điều quan trọng là phải dễ dàng

tập hợp phần mềm để có được ứng dụng từ phần cứng. Như vậy, các loại thiết bị

này cần một sự điều chỉnh phần mềm ở một mức độ nào đó để có được hiệu quả

sử dụng phần cứng cao. Môi trường phát triển chung là cần thiết để cho phép các

ứng dụng riêng có thể xây dựng trên một tập các thiết bị mà không cần giao diện

phức tạp. Ngồi ra, cũng có thể chuyển đổi giữa phạm vi phần cứng với phần

mềm trong khả năng cơng nghệ [1] [2] [10].

Các thiết bị có số lượng lớn, được triển khai trong phạm vi rộng với một

ứng dụng cụ thể. Việc áp dụng các kỹ thuật mã hóa sửa lỗi truyền thống nhằm

tăng độ tin cậy của các đơn vị riêng lẻ bị giới hạn bởi kích thước cảm biến và

công suất. Việc tăng độ tin cậy của các thiết bị lẻ là điều cốt yếu. Thêm vào đó,

chúng ta có thể tăng độ tin cậy của ứng dụng bằng khả năng chấp nhận và khắc

phục được sự hỏng hóc của thiết bị đơn lẻ. Như vậy, hệ thống hoạt động trên

từng nút đơn không những mạnh mẽ mà còn dễ dàng phát triển các ứng dụng

phân tán tin cậy.

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 7

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

Hình 1.3 : Các thành phần của nút cảm biến

Khác với hệ thống có dây, việc định tuyến tìm đường đi tối ưu để truyền dữ
liệu trong các hệ thống mạng không dây là khá phức tạp, địi hỏi phải có các cơ
chế điều khiển phù hợp với từng mơ hình cụ thể. Đây là một trong những hạn
chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hường đến tốc độ truyền dữ liệu. Bên
cạnh đó khả năng gây nhiễu và mất gói tin trong q trình truyền dữ liệu của
mạng khơng dây là khá cao [2].

Hiện nay những hạn chế trên đang dần được khắc phục thông qua các
nghiên cứu về mạng không dây được đề xuất thử nghiệm trên các mơ hình thực
tế nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng, hứa hẹn những
bước phát triển mới trong tương lai về lĩnh vực mạng máy tính.
1.2. Khái quát về giao thức AODV
1.2.1. Giới thiệu về giao thức AODV

Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vectơr): AODV cho phép
định tuyến nhiều bước giữa các nút mạng để thiết lập và duy trì mạng Ad hoc.
Thuật tốn định tuyến này dựa trên thuật toán vectơ khoảng cách nhưng thuộc
loại định tuyến theo yêu cầu, nó chỉ yêu cầu đường định tuyến khi cần thiết [3].

Thuật toán định tuyến AODV khá phù hợp cho cấu hình mạng động. AODV
đưa ra các tuyến không bị lặp ngay cả khi nó đang sửa các liên kết lỗi. Bởi vì
giao thức này không yêu cầu quảng bá tuyến định kỳ trên toàn mạng, nên yêu

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 8

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

cầu tồn bộ băng thơng có sẵn cho một nút di động thực chất là thấp hơn so với

các giao thức khác, những giao thức yêu cầu quảng bá. AODV sử dụng liên kết

đối xứng giữa các nút hàng xóm. Gói tin không đi theo tuyến đường giữa các nút

khi một trong những nút đó khơng nghe được từ nút khác. Những nút không

nằm trên các tuyến đường hoạt động; chúng sẽ khơng duy trì bất cứ thơng tin

định tuyến nào cũng như không tham gia vào bất kỳ sự trao đổi bảng định tuyến

định kỳ nào [4]. Hơn nữa, một nút khơng phải khám phá và duy trì một tuyến tới

nút khác cho tới khi hai nút cần giao tiếp với nhau, trừ khi nút đó đóng vai trị

như một trạm chuyển tiếp trung gian để duy trì kết nối giữa hai nút khác. Khi

một kết nối cục bộ của nút di động được thiết lập, mỗi nút có thể nhận thấy các

nút khác trong vùng lân cận của nó bằng một vài kĩ thuật, bao gồm quảng bá cục

bộ các bản tin Hello. Bảng định tuyến của các nút trong vùng lân cận được tạo ra

để tối ưu thời gian đáp ứng tới với sự di chuyển cục bộ và cung cấp thời gian

đáp ứng nhanh cho các yêu cầu thiết lập tuyến mới [3] [4].

Giao thức AODV sử dụng một cách tiếp cận hoàn toàn mới so với các

phương pháp truyền thống để xây dựng các đường đi trong mạng. Khi một nút

mạng muốn gửi một gói tin tới một nút nào đó, nó sẽ khởi tạo tiến trình xử lý

discovery để định vị nút đích. Nếu khơng có một đường đi nào được tìm thấy

trong một khoảng thời gian xác định, nút khởi tạo sẽ cho rằng khơng tồn tại

đường đi tới nút đích. Tiến trình xử lý discovery sẽ kết thúc đồng thời các gói tin

tương ứng sẽ hủy bỏ. Ngược lại nếu nút khởi tạo tìm được một đường đi phù

hợp, nó sẽ cập nhật đường đi này vào bảng định tuyến của nó như một đầu vào

(entry) tương ứng với nút đích [6]. Khi một đầu vào mới được tạo ra, tiến trình

xử lý cũng đồng thời được kích hoạt để giám sát tình trạng của đường đi vừa

được tạo ra, nếu sau một khoảng thời gian đủ lớn mà đường đi không được sử

dụng, nút mạng sẽ xóa đường đi này ra khỏi bảng định tuyến. Nếu có lỗi xuất

hiện trên một đường đi có trạng thái tích cực, nút mạng sẽ lập tức thơng báo

ngược lại cho các bước truyền trước đó bằng một gói tin điều khiển cụ thể [5].

Trong trường hợp nhận được gói thơng báo trên, các nút mạng chịu ảnh

hưởng sẽ khởi động lại tiến trình khám phá để tìm đường đi thay thế nếu cần

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 9

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

thiết, AODV quản lý các thông tin về đường đi theo kiểu phân tán. Điều này có

nghĩa là mỗi nút trên đường đi sẽ có một thành phần trong bảng định tuyến

tương ứng với nút đích của đường đi đó. Cách quản lý này hoàn toàn trái ngược

với ngược với phương pháp source routing ( tìm đường từ nút nguồn) trong đó

chỉ có nút nguồn mới biết đường đi đầy đủ tới nút gốc [3] [4] [5]. AODV cũng

cho phép mỗi nút chỉ duy trì một và chỉ một đường đi ứng với mỗi nút đích. Tuy

nhiên có một số giao thức tìm đường khác cho phép tìm nhiều đường ứng với

mỗi nút đích. Trong trường hợp, đường đi ban đầu bị lỗi, đường đi thay thế sẽ

được sử dụng.

Các thành phần của bảng định tuyến trong giao thức AODV được định dạng

bao gồm các trường < địa chỉ nút đích, địa chỉ bước truyền tiếp theo, số thứ tự,

khoảng cách, danh sách các nút trước đó, ngày hết hạn >. Trường số thứ tự được

sử dụng để ngăn chặn sự hình thành các vịng lặp và thể hiện mức độ cập nhật

của các đường đi. Khoảng cách là số các bước truyền. Khi một đường đi mất

hiệu lực, số thứ tự của nó sẽ tăng lên một và khoảng cách sẽ được đặt là vô

cùng. Danh sách tiền thân chứa tập hợp các nút lân cận, sử dụng thành phần này

để chuyển tiếp các gói dữ liệu. Ngày hết hạn được sử dụng để xác định thời gian

tồn tại tối đa của thành phần, sau đó nó sẽ xóa bỏ khỏi bảng định tuyến. Tất

nhiên giá trị của trường hợp này sẽ được mở rộng mỗi lần thành phần này được

sử dụng.

Trong AODV, các tuyến được duy trì điều kiện như sau: Nếu một nút nguồn

chuyển động, nó phải khởi động lại giao thức khám phá tuyến để tìm ra một

tuyến mới đến đích. Nếu một nút trên tuyến chuyển động, nút lân cận luồng lên

của nó chú ý đến chuyển động đó và truyền một bản tin “Khai báo sự cố đường

thông” (một RREP không xác định) đến mỗi nút lân cận tích cực luồng lên để

thơng báo cho các nút này xố phần tuyến đó. Các nút này thực chất truyền một

“Thông báo sự cố đường thơng” đến các nút lân cận luồng lên. Q trình cứ tiếp

tục như vậy cho đến khi đạt đến nút nguồn. Nút nguồn sau đó có thể chọn khởi

động lại một q trình khám phá tuyến cho đích đó nếu một tuyến vẫn cần thiết

[6].

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 10

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

Giao thức định tuyến AODV là một trong những giao thức định tuyến theo

cơ chế phản ứng. Tương tự như giao thức DSR, AODV cũng phát gói tin

broadcast để u cầu tìm đường đi khi có nhu cầu. Tuy nhiên điểm khác biệt cơ

bản đối với giao thức DSR là AODV sử dụng nhiều cơ chế khác nhau để duy trì

thơng tin bảng định tuyến, chẳng hạn như nó sử dụng bảng định tuyến truyền

thống để lưu trữ thông tin định tuyến với mỗi entry cho một địa chỉ đích [2] [4].

Không sử dụng cơ chế định tuyến nguồn và cũng không cần biết thông tin

về các nút láng giềng của nó, AODV dựa trên các entry của bảng định tuyến để

lấy gói tin RREP về nút nguồn và nút nguồn dùng thơng tin đó để gửi dữ liệu

đến đích.

Thuật tốn này cho phép năng động, tự phát, đa bước nhảy định tuyến giữa

điện thoại di động tham gia nút nhu cầu thiết lập và duy trì một mạng ad hoc.

AODV cho phép các nút di động để có được các tuyến đường nhanh chóng cho

các điểm đến mới, và khơng cần nút để duy trì các tuyến đường đến điểm đến

mà khơng phải trong giao tiếp tích cực. AODV cho phép các nút di động để đáp

ứng nhanh chóng liên kết bị vỡ và những thay đổi trong cấu trúc liên kết mạng.

Các hoạt động của AODV bằng cách tránh các Bellman-Ford `` Đếm đến vô

cùng '' vấn đề cung cấp sự hội tụ nhanh chóng khi các quảng cáo hoc topo mạng

thay đổi (thông thường, khi một động thái nút trong mạng). Khi liên kết phá vỡ,

AODV gây ra các thiết lập ảnh hưởng của các nút để được thông báo để họ có

thể làm mất hiệu lực các tuyến đường bằng cách sử dụng liên kết bị hỏng [1] [2]

[4].

Một tính năng khác biệt của AODV là việc sử dụng của một điểm đến số

thứ tự cho mỗi mục tuyến đường. Các chuỗi điểm đến số được tạo ra bởi các

điểm đến cho bất kỳ thơng tin đường nó gửi đến u cầu các nút. Sử dụng số thứ

tự điểm đến đảm bảo tự do vịng lặp và đơn giản là để chương trình. Cho sự lựa

chọn giữa hai tới điểm đến, một nút yêu cầu luôn luôn chọn một với số thứ tự

lớn nhất.

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 11

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường
1.2.2. Tổng quan về giao thức AODV

Các yêu cầu Route (RREQs), Route Trả lời (RREPs), và lỗi Route(RERRs)

là loại tin nhắn được định nghĩa bởi AODV. Những tin loại đang nhận được tại

cổng 654, UDP, và tiêu đề IP bình thường chế biến được áp dụng. Vì vậy, ví dụ,

các nút u cầu là dự kiến sẽ sử dụng địa chỉ IP của nó như là địa chỉ IP nguồn

cho tin nhắn. Đối với tin nhắn quảng bá, các IP hạn chế phát sóng địa chỉ

(255.255.255.255) được sử dụng. Điều này có nghĩa rằng những thơng điệp đó

là khơng mù qng chuyển tiếp. Tuy nhiên, hoạt động AODV không yêu cầu

thông điệp nhất định (ví dụ, RREQ) đã được phổ biến rộng rãi, có lẽ suốt mạng

ad hoc [3]. Phạm vi của các phổ biến của RREQs ngập như được chỉ ra bởi TTL

trong IP header. Sự phân mảnh được thường không cần thiết miễn là các thiết bị

đầu cuối của một kết nối truyền thơng có hiệu lực các tuyến đường với nhau,

AODV khơng đóng bất kỳ vai trị. Khi một con đường để một điểm đến mới là

cần thiết, các nút sử dụng một RREQ phát sóng để tìm một tuyến đường đến

đích. Một tuyến đường có thể được xác định khi RREQ đạt một trong hai điểm

đến chính nó, hoặc một nút trung gian có một tuyến đường đến đích. Một con

đường tươi đủ là một mục tuyến đường chưa hết hạn cho các điểm đến có liên

quan số thứ tự là ít nhất là tuyệt vời như chứa trong RREQ [2] [3].

Các tuyến đường được làm sẵn có của unicasting, một RREP trở về nguồn

của RREQ. Mỗi nút nhận được yêu cầu lưu trữ một lộ trình trở khởi của các u

cầu, vì vậy mà trên RREP có thể được unicast từ điểm đến dọc theo một con

đường để khởi đó, hoặc tương tự như vậy từ bất kỳ nút trung gian mà có thể đáp

ứng các yêu cầu. Các nút theo dõi tình trạng liên kết bước nhảy tiếp theo trong

các tuyến đường hoạt động. Khi nào nghỉ liên kết trong một lộ trình hoạt động

được phát hiện, một tin nhắn RERR được sử dụng thông báo cho các nút khác

cho rằng sự mất liên kết đó đã xảy ra. Các RERR nhắm chỉ có khu hiện nay

khơng thể truy cập do sự mất mát của các liên kết. Để kích hoạt chế độ báo cáo

này, mỗi nút giữ một danh sách tiền thân, có chứa địa chỉ IP cho mỗi người hàng

xóm của mình có khả năng sử dụng nó như là một bước kế tiếp đối với điểm đến

mà bây giờ không thể truy cập [3] [5].

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 12

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

Các thông tin trong danh sách tiền thân là dễ dàng nhất thu được trong quá

trình xử lý cho thế hệ của một thông điệp RREP, mà theo định nghĩa đã được

gửi đến một nút trong danh sách tiền thân. Một RREQ cũng có thể nhận được

cho một địa chỉ IP multicast. Trong này tài liệu, xử lý đầy đủ cho tin nhắn như

vậy khơng được xác định. Vì ví dụ, nguồn gốc của một RREQ như vậy cho một

địa chỉ IP multicast có thể phải tuân theo quy tắc đặc biệt. Tuy nhiên, điều quan

trọng là để cho phép hoạt động multicast chính xác bằng các nút trung gian mà

khơng phải là kích hoạt như nguồn hoặc đích hạch cho các địa chỉ IP multicast,

và tương tự như vậy không được trang bị cho bất kỳ giao thức multicast đặc biệt

chế biến. Đối với các nút multicast không biết như vậy, chế biến cho một địa chỉ

IP multicast là một địa chỉ IP đích phải được thực hiện trong cùng một cách như

đối với bất kỳ địa chỉ IP đích khác AODV là một giao thức định tuyến, và nó đề

với quản lý bảng định tuyến. Thông tin bảng định tuyến phải được lưu giữ ngay

cả đối với các tuyến đường phù du, chẳng hạn như được tạo ra để tạm thời lưu

trữ đường dẫn ngược lại đối với các nút RREQs nguồn gốc [6] [7]. .

Quản lý các số thứ tự là rất quan trọng để tránh các vòng lặp định tuyến,

ngay cả khi liên kết phá vỡ và một nút là khơng cịn có thể truy cập để cung cấp

thơng tin riêng của mình về số thứ tự của nó. Một điểm đến trở nên khơng thể

truy cập khi bị vỡ liên kết hoặc ngừng hoạt động. Khi những điều kiện xảy ra,

nút phát hiện tình trạng các gia số số thứ tự của điểm đến và các số liệu trong

các entry bảng định tuyến được gán cho là vô hạn [4] [8].

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 13

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cường

1.3. Chức năng và ứng dụng của mạng cảm biến không dây

1.3.1. Chức năng của mạng cảm biến không dây

STT Thành phần Giải thích ý nghĩa

Giao thức định tuyến cho WSNs rơi vào 3 nhóm:

dữ liệu trung tâm, kiến trúc mạng, và căn cứ vào

vị trí. Các quy ước về tập hợp dữ liệu đến từ các

1 Định tuyến và nguồn khác nhau qua đường truyền. Điều này

phổ biến dữ liệu cho phép hạn chế sự dư thừa trong mạng, làm

giảm số đường truyền, giảm năng lượng tiêu thụ.

Vấn đề quan tâm trong xử lý nội mạng, ngay khi

dữ liệu đang được truyền nhằm tăng hiệu quả sử

dụng năng lượng của toàn hệ thống. Băng thông

bị giới hạn, khả năng cung cấp công suất các nút

bị hạn chế hay giá thành cao. Để giải quyết vấn

đề này, cần có q trình xử lý tại nguồn trước

khi chuyển qua các nút lân cận, chỉ truyền thông

tin tóm tắt, ngắn gọn, tổng hợp nhất.

2 Sắp xếp mạng và Các vấn đề liên quan đến sự sắp xếp mạng và

theo dõi theo giỏi giám sát bao gồm quản lý nhóm các

cảm biến, khả năng tự phân chia nhóm, xây

dựng phiên làm việc.

3 Tập hợp dữ liệu Tính tốn liên quan đến tập hợp dữ liệu, dung

hợp, phân tích, tính tốn cấu trúc và xử lí tín

hiệu.

Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 14