Định tuyến có đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng Manet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THÀNH TRUNG

ĐỊNH TUYẾN CÓ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG
MẠNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG MÁY TÍNH

1
HÀ NỘI - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THÀNH TRUNG

ĐỊNH TUYẾN CÓ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG MANET

Ngành: Công nghệ thông tin.
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu mạng máy tính.
Mã số: 604815

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Đình Việt

2

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Trường Đại học
Công nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội, đã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt khóa học; cảm
ơn tập thể lớp K19-MMT, tập thể lớp K19 chuyên ngành Mạng và Truyền thông máy
tính, cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu với những ý kiến góp ý quý báu
trong quá trình tôi thực hiện đề tài. Đặc biệt tôi chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Đình Việt, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong học tập và
nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè của tôi,
những người đã luôn ở bên động viên và khích lệ tôi trong suốt khóa học. Do thời gian
và điều kiện có hạn nên luận văn không tránh khỏi có những thiếu sót, tôi rất mong
nhận được sự góp ý từ bạn bè, thầy cô và những người quan tâm đến đề tài này.

3


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết
quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử
dụng và chưa từng công bố trên bất cứ công trình nào khác.
Học viên

Nguyễn Thành Trung

4


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................... 3
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. 4
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................................... 8
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................................. 9
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG.................................................................................................10
1.1

Mạng MANET ....................................................................................................................................... 10
1.1.1 Sự phát triển và các ứng dụng trong mạng MANET ......................................................................... 10
1.1.2 Các đặc điểm của mạng MANET ......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2 Các vấn đề cần giải quyết ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Định tuyến trong mạng MANET .......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Vấn đề tiết kiệm năng lượng............................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3.1 Giới thiệu ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.3.2 Tham số đặc trưng QoS ........................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu luận văn ................................................................ Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET ......... Error! Bookmark not defined.
2.1
2.2

Giao thức DSDV (Destination – Sequenced Distance – Vector) .............. Error! Bookmark not defined.
Giao thức AODV ...................................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Tổng quan về giao thức AODV. ........................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Cơ chế hoạt động ................................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.2.1 Tiến trình Discovery................................................................. Error! Bookmark not defined.

2.2.2.2 Tạo Route Request: ................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.2.2.3 Chuyển tiếp Route Request ..................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2.4 Tạo Route Reply ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2.5 Chuyển tiếp Route Relay ......................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Quản lý cục bộ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4 Duy trì đường đi. ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
2 . 2 . 5 T h ờ i g i a n h ế t h ạ n v à v i ệ c h ủ y b ỏ m ộ t đ ư ờ n g đ i ... Error! Bookmark not defined.
2.3 Phân tích giao thức AODV....................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Modified AODV (MAODV) ................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1.1 Giới thiệu ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3.1.2 Giao thức MAODV (Modified AODV) ...................................... Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3: BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 VÀ MỘT SỐ CÔNG CỤ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU MÔ PHỎNG.
........................................................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.1
3.2

Tổng quan NS-2....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Đại cương về NS-2 .................................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Các chức năng mô phỏng của NS-2 ................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Các thành phần của NS ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.3 Kiến trúc của NS-2 ............................................................................... Error! Bookmark not defined.

5


3.2.4 Các thành phần của mạng ................................................................... Error! Bookmark not defined.
Các mô hình chuyển động của các nút mạng được NS-2 hỗ trợ............. Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Mô hình Random Waypoint ................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.2 Mô hình Random Walk ....................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.4 Công cụ để phân tích và biểu diễn kết quả mô phỏng............................ Error! Bookmark not defined.
3.4.1 Perl ...................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.2 GNUPLOT ............................................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.5 Thiết lập mạng mô phỏng MANET .......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.5.1 Thiết lập tô-pô mạng ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.5.2 Thiết lập tham số của mô hình chuyển động của các nút mạng và thời gian mô phỏng ........... Error!
Bookmark not defined.
3.5.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng ............................. Error! Bookmark not defined.
3.5.4 Lựa chọn thời gian mô phỏng ............................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.1
4.2

Các độ đo hiệu năng được dùng trong luận văn ..................................... Error! Bookmark not defined.
Thực nghiệm mô phỏng .......................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.1 Thiết lập giá trị cho các thông số mô phỏng ....................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.2 Xây dựng và thi hành chương trình mô phỏng: .................................. Error! Bookmark not defined.
4.3 Phân tích số liệumô phỏng và đánh giá, so sánh các giao thức định tuyến AODV, DSDV ............. Error!
Bookmark not defined.
4.3.1 Kết quả thực hiện ................................................................................ Error! Bookmark not defined.
4.3.1.1 Đánh giá, so sánh tỷ lệ phân phát gói tin thành công theo tốc độ chuyển động tăng dần của
các nút mạng........................................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.2 Đánh giá, so sánh trễ đầu cuối trung bìnhtheo tốc độ chuyển động tăng dần của các nút
mạng
Error! Bookmark not defined.
4.3.1.3 Đánh giá, so sánh thông lượng đầu cuốitheo tốc độ chuyển động tăng dần của các nút
mạng
Error! Bookmark not defined.

4.3.1.4 Đánh giá, so sánh tải định tuyến chuẩn hóa theo tốc độ chuyển động tăng dần của các nút
mạng
Error! Bookmark not defined.
4.3.2 Đánh giá hiệu năng hai giao thức AODV, DSDV .................................. Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ............................... Error! Bookmark not defined.
Kết quả đạt được của luận văn ......................................................... Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO. ..................................................................................................... 11
PHỤ LỤC .................................................................................. Error! Bookmark not defined.
1. Chương trình mô phỏng mạng Adhoc ........................................... Error! Bookmark not defined.
2. Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính thời gian trễ end-to-end trung bình ... Error! Bookmark
not defined.
3. Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính chi phí định tuyến chuẩn hóa ....... Error! Bookmark not
defined.
4. Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính tỉ lệ phân phát gói tin thành công Error! Bookmark not
defined.
5. Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính thông lượng trung bình . Error! Bookmark not defined.

6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AODV

Adhoc On-Demand Distance Vector

RREQ

Route Request

RREP

Route Reply

RERR

Route Error

MANET

Mobile Adhoc Network

QoS

Quality of Sevice

MAODV

Modified AODV

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineer.

DARPA

Defense Advanced Research Projects Agency

DSDV

Destination-Sequenced Distance-Vector Routing

7


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3-1: Bảng mẫu dữ liệu để vẽ trong gnuplot ........... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3-2: Thiết lập định dạng cho bản vẽ và thực hiện vẽ đồ thị: Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3-3: Cấu hình mạng mô phỏng ............................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 4-1: Bảng dữ liệu tỷ lệ phân phát gói tin thành công với mô hình
RandomWaypoint ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Bảng 4-2: Bảng dữ liệu tỷ lệ phân phát gói tin thành công với mô hình RandomWalk
......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 4-3: Bảng dữ liệu độ trễ đầu cuối trung bình với mô hình Random Waypoint
......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 4-4: Bảng dữ liệu độ trễ đầu cuối trung bình với mô hình Random Walk .... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4-5: Bảng dữ liệu thông lượng với mô hình Random Waypoint Error! Bookmark
not defined.
Bảng 4-6: : Bảng dữ liệu thông lượng với mô hình Random Walk. .... Error! Bookmark
not defined.
Bảng 4-7: Bảng dữ liệu tải định tuyến chuẩn hoá với mô hình Random Waypoint Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4-8: Bảng dữ liệu tải định tuyến chuẩn hoá với mô hình Random Walk ...... Error!
Bookmark not defined.

8


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2-1 Ví dụ định tuyến của DSDV ............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2-2: Quá trình lan truyền của gói tín RREQ ........... Error! Bookmark not defined.
Hình 2-3 Đường đi ngược được tạo ra khi RREQ lan truyền trong môi trường ..... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2-4: Đường đi từ nút nguồn và nút đích được hình thành. ....Error! Bookmark not
defined.
Hình 2-5: Lan truyền gói tin RERR ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2-6: Khám phá tuyến trong MAODV ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2-7: Minh họa việc gửi các gói tin RREP về nút nguồn........Error! Bookmark not
defined.
Hình 3-1: Mức độ phổ biến của các ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3-2: Đơn gian hóa cách nhìn người sử dụng .......... Error! Bookmark not defined.
Hình 3-3: Tính đối ngẫu của C++ và Otcl ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3-4: Kiến trúc chung của NS-2 ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3-5 Sự phân cấp lớp đối tượng Otcl. ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3-6: Nút Unicast và Multicast................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3-7 Liên kết. ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3-8 Chèn các đối tượng Trace ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3-9 Giám sát hàng đợi ............................................ Error! Bookmark not defined.

9


Hình 3-10: Di chuyển một nút theo mô hình Random Waypoint. .Error! Bookmark not
defined.
Hình 3-11: Di chuyển của 8 nút theo mô hình Random Walk .......Error! Bookmark not

defined.
Hình 3-12:Diện tích mạng mô phỏng và các nút mạng ... Error! Bookmark not defined.
Hình 4-1: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công với mô hình Random WayPoint ..... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4-2: Tỷ lệ phân phát thành công với mô hình Random Walk ..... Error! Bookmark
not defined.
Hình 4-3: Độ trễ trung bình đầu cuối của gói dữ liệu ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 4-4: Độ trễ trung bình đầu cuối với mô hình Random Walk.Error! Bookmark not
defined.
Hình 4-5: Thông lương đầu cuối với mô hình Random Waypoint. ..... Error! Bookmark
not defined.
Hình 4-6: Thông lượng đầu cuối với mô hình Random Walk. ......Error! Bookmark not
defined.
Hình 4-7: Tải định tuyến chuẩn hóa với mô hình Random Waypoint . Error! Bookmark
not defined.
Hình 4-8: Tải định tuyến đầu cuối với mô hình Random Walk .....Error! Bookmark not
defined.

10


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Mạng MANET

1.1.1 Sự phát triển và các ứng dụng trong mạng MANET
Mạng di động đặc biệt MANET (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 nguyên lý làm việc của mạng
ALOHA, ra đời từ năm 1968. Trong mạng ALOHA, tuy các trạm làm việc là cố định
nhưng giao thức ALOHA 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 mạng 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.
Sau đó năm 1983 mạng SURAN (Surviable Radio Network) được đề xuất để có
quy mô mạng lớn hơn. Ngày nay mạng MANET được tổ chức IEEE quy chuẩn trong
802.11.
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.
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1. Tài liệu tiếng Việt.
[1] PGS.TS. Nguyễn Đình Việt, Bài giảng đánh giá hiệu năng mạng máy tính, 2012.

11


[2]Hoàng Trọng Minh. Định tuyến trong mạng kết nối hình lưới WLAN. Tạp chí Bưu
Chính Viễn Thông. Tháng 10 năm 2008.
[3] Nguyễn Thị Minh Nguyệt. Đánh giá hiệu suất bằng mô phỏng các thuật toán định
tuyến trong mạng đặc biệt di động MANET. Luận văn cao học. Hà Nội, 2005.
[4] Hà Minh Toản. Nguyên cứu một số giao thức truy cập môi trường truyền trong
mạng LAN 802.11. Khóa luận tốt nghiệp. Hà Nội, 2005.

2. Tài liệu tiếng Anh.
[5] S. Corson, J. Macker. (1999), “MANET: Routing Protocol Performance Issues and
Evaluation considerations”, RFC 2501, IETF Network Working Group. January 1999.
[6] Goldsmith AJ and Wicker SB, “Design challenges for energy-constrained Adhoc
wireless networks”, IEEE Wireless Communications 2002, Vol. 9, Issue 4, PP. 8–27.
[7] V. Kauadia and P.R. Kumar, "Power Control and clustering in Adhoc networks",
IEEE INFOCOM 2003.
[8] Charles E. Perkins, Pravin Bhagwat. (1994), “Highly dynamic DestinationSequenced Distance Vector routing (DSDV) for mobile computers”, ACM SIGCOMM
Computer Comm. Rev., 4(24), pp. 234-244, 1994.
[9] The SECAN-Lab of the University of Luxembourg. />[10] />
12