Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của dịch vụ HLS trong mạng MANET

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy (cô) giáo trong bộ môn
Mạng & Truyền Thông cũng như các thầy cô giáo trong trường Đại học Công nghệ
Thông tin & Truyền thông, những người đã dạy dỗ, trang bị cho em những kíến thức
bổ ích trong thời gian em được học tập và nghiên cứu tại trường.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo ThS. Lê Khánh Dương
người đã tận tình hướng dẫn, gợi ý và chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm đồ án
tốt nghiệp vừa qua để em có thể hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.
Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những
người thân đã cổ vũ, động viên tiếp thêm cho em nghị lực để em hoàn thành bản báo
cáo thực tập tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, tháng 06 năm 2012.
Sinh viên
Phạm Sĩ Thức
 

1


LỜI CAM ĐOAN
Trong kỳ làm đồ án tốt nghiệp này để hoàn thành nội dung bản đồ án bản
thân em đã tự tìm hiểu, nghiên cứu dựa trên các tạp chí, sách báo và những nguồn
tài liệu trên internet, cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của ThS. Lê Khánh Dương và sự
tham khảo cách thức trình bày từ một một số đồ án từ các khóa trước. Kết quả là em
đã hoàn thành đồ án với đề tài “Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của
dịch vụ HLS trong mạng MANET”
Em xin cam đoan nội dung trong đồ án này không sao chép từ các đồ án
trước đó. Nếu có điều gì sai sót em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2012

Sinh Viên
Phạm Sĩ Thức

2


MỤC LỤC

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
......................................................................................................................................11
Hình 1-1. Mạng MANET với 7 node mạng................................................................11
......................................................................................................................................16
Hình 1-2. Đi đến cực điểm cục bộ..............................................................................16
......................................................................................................................................17
Hình 1-3. Định tuyến GPSR........................................................................................17
......................................................................................................................................19
Hình 1-4. Giao thức LAR............................................................................................19
......................................................................................................................................23
Hình 1-5. Hiệu ứng khoảng cách................................................................................23
......................................................................................................................................24
Hình 1-6. Phân phát gói tin DREAM..........................................................................24
......................................................................................................................................26
Hình 1-7. Cây tứ phân và server định vị.....................................................................26
......................................................................................................................................27
Hình 1-8. Truy vấn vị trí GLS.....................................................................................27
......................................................................................................................................29
Hình 1-9. Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng................................................29

......................................................................................................................................33
Hình 1-10. Kiến trúc thư mục của ns-allinone-2.xx trong môi trường Linux............33
......................................................................................................................................33
Hình 1-11. Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS.........................................33
......................................................................................................................................38
Hình 2-1. Nhóm các cell tạo thành các region............................................................38
4


......................................................................................................................................40
Hình 2-2. Candidate tree ở phân cấp 3 cấp.................................................................40
......................................................................................................................................41
Hình 2-3. Ví dụ về các reponsible cell của một node.................................................41
......................................................................................................................................42
Hình 2-4. Giải pháp cập nhật trực tiếp........................................................................42
......................................................................................................................................43
Hình 2-5. Giải pháp cập nhật gián tiếp.......................................................................43
......................................................................................................................................46
......................................................................................................................................46
......................................................................................................................................47
Hình 2-6. Các yêu cầu định vị.....................................................................................47
......................................................................................................................................49
Hình 2-7. Cơ chế mở rộng diện tích...........................................................................49
......................................................................................................................................53
Hình 2-8. Che giấu với một proxy cell.......................................................................53
......................................................................................................................................65
Hình 3-1. Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 40...........................................65
......................................................................................................................................66
Hình 3-2. Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 80...........................................66
......................................................................................................................................66

Hình 3-3. Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 120.........................................66
......................................................................................................................................67
Hình 3-4. Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 40...........................................67
......................................................................................................................................68
5


Hình 3-5. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ gói tin REPLY và gói tin REQUEST.....................68
......................................................................................................................................68
Hình 3-6. Biểu đồ thể hiện gói tin Update nhận được và gửi đi................................68
......................................................................................................................................70
Hình 3-7. Thông lượng tiêu thụ trong mạng...............................................................70
......................................................................................................................................72
Hình 3-8. Biểu đồ thể hiện thời gian gói tin request di chuyển trong mạng..............72
......................................................................................................................................73
Hình 3-9. Hoạt động của mạng với vận tốc node trung bình là 10m/s......................73
......................................................................................................................................73
Hình 3-10. Hoạt động của mạng với vận tốc node trung bình là 30m/s....................73
......................................................................................................................................74
Hình 3-11. Hoạt động của mạng với vận tốc node trung bình là 50m/s....................74
......................................................................................................................................74
Hình 3-12. Hoạt động của mạng với vận tốc node trung bình là 70m/s....................74
......................................................................................................................................75
Hình 3-13. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ gói tin REP và gói tin REQ...................................75
......................................................................................................................................76
Hình 3-14. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ gói tin Update nhận được và gửi đi......................76
......................................................................................................................................77
Hình 3-15. Thông lượng tiêu thụ trong mạng.............................................................77
......................................................................................................................................79
Hình 3-16. Biểu đồ thể hiện thời gian gói tin di chuyển trong mạng.........................79

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1. Sự so sánh của các dịch vụ định vị………………………………...……23
Bảng 3-1. Cấu trúc của dòng sự kiện HLS gửi yêu cầu…………………………….62
Bảng 3-2. Cấu trúc của dòng sự kiện HLS nhận phản hổi………………………….63
Bảng 3-3. Cấu trúc dòng sự kiện HLS khởi tạo một truy vấn vị trí node của một
node…………………………………………………………………………………64
Bảng 3-4. Cấu trúc dòng sự kiện của các gói tin được gửi, nhận, forward và drop..65

7


BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt
MANET
WLAN
DSDV
OLSR
DSR
AODV
ZRP
TORA
GPS
GLONASS
GALILEO
SPA

Tên đầy đủ
Mobile Ad hoc Network
Wireless Local Area Network
Destination Sequenced Distance Vector
Optimized Link State Routing
Dynamic Source Routing
Ad-Hoc On-Demand Distance Vector
Zone Routing Protocol
Temporally Ordered Routing Algorithm
Global Positioning System
Global Navigation Satellite System
European Global Satellite Navigation System
Self Positioning Algorithm

GPSR
AGPF
TLR
LAR
DREAM
RLS
GLS
HLS
GRSS
RC
Perl

Greedy Perimeter Stateless Routing
Anchored Geodesic Packet Forwarding
Terminode Local Routing
Location Aided Routing

Distance Routing Effect Algorithm For Mobility
Reactive Location Service
Grid Location Service
Hierarchical Location Service
Geographical Region Summary Service
Responsible Cell
Practical Extraction and Report Language

8


MỞ ĐẦU
Công nghệ thông tin là một lĩnh vực không thể thiếu trong cuộc sống con
người hiện nay. Sự phát triển của công nghệ thông tin là thước đo để đánh giá về
trình độ phát triển của mỗi quốc gia. Công nghệ thông tin đóng góp rất lớn vào trong
đời sống cũng như sản xuất của con người. Và trong lĩnh vực công nghệ thông tin
thì không thể không nhắc tới sự phát triển của các hệ thống mạng như: Mạng di
động, mạng internet, wireless network….
Truyền thông không dây đang phát triển rất mạnh mẽ trong thời gian gần đây.
Những công nghệ tính toán đang được hiện đại hóa rất nhanh, ngày càng có rất
nhiều loại máy tính tiện dụng, nhỏ, nhẹ xuất hiện trên thị tường. Những thiết bị này
đã làm cho việc tính toán và truyền thông được thực hiện ở bất cứ đâu và bất cứ thời
gian nào. Vì vậy một hướng đầy tiềm năng trong các cấu trúc mạng không dây là có
thể truyền thông ở bất cứ đâu và bất cứ thời gian nào và đó là kiểu mạng tùy biến
không dây di động (Mobile Ad hoc network - MANET). Một mạng MANET chứa
một tập hợp các thiết bị di động mà không cần sự hỗ trợ của trạm cơ sở. Nó có thể
được triển khai và hoạt động với nguồi năng lượng là pin.
“Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của dịch vụ HLS trong
mạng MANET” là tên đề tài mà em sẽ giới thiệu trong báo cáo đồ án tốt nghiệp
này. Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu dịch vụ định vị trong mạng MANET và

cụ thể là dịch vụ HLS (Hierarchical Location Service) và mô phỏng dịch vụ này trên
phần mềm mô phỏng Network Simulator 2.

9


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG MOBILE AD HOC
1.1 Giới thiệu tổng quan về mạng Mobile Ad-hoc.
Với hàng loạt các ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, các mạng
di động không dây đã được phát triển rất mạnh trong thời gian gần đây. Dựa trên
tính phụ thuộc vào các thiết bị hạ tầng cố định, mạng không dây có thể được chia
thành hai loại sau:
-

Mạng hạ tầng (Infrastructure-based Network).

-

Mạng Ad-hoc (Mobile Adhoc Network- MANET).

Trong mạng hạ tầng các node di động (mobile node) có các điểm truy cập
(Access Point) cố định bên trong phạm vi truyền của nó. Các Access Point cấu thành
nên xương sống cho một mạng hạ tầng. Ví dụ như mạng WLAN (Wireless Local
Area Network – mạng không dây nội bộ) thuộc dạng này.
Ngược lại, mạng không dây phi cấu trúc (MANET – Mobile Ad-hoc
NETwork) được định nghĩa như sau:
Là một mạng được hình thành bởi một tập các node (máy/thiết bị) không dây,
di động mà không hề có bất cứ sự trợ giúp nào của một trạm quản lý tập trung, một
cơ sở hạ tầng truyền thông có trước hoặc sự can thiệp của người dùng. Việc truyền

thông giữa các node được thực hiện nếu như hai node là đủ gần nhau để trao đổi các
gói tin.
Có thể hình dung mạng MANET như một đồ thị, trong đó các node mạng
được biểu diễn bởi các đỉnh của đồ thị. Nếu hai node có thể truyền thông trực tiếp
với nhau, liên kết đó được biểu diễn bởi đường nối giữa hai node. Đồ thị biểu diễn
này là một đồ thị tùy ý, có thể thay đổi hình dạng tại bất cứ thời điểm nào.
10


Hình 1-1 là một mạng MANET gồm 7 node. Hình tròn biểu diễn phạm vi
hoạt động của mỗi node. Các node nằm trong phạm vi hoạt động của nhau có thể
truyền thông trực tiếp được với nhau.

Hình 1-1. Mạng MANET với 7 node mạng.
Mạng MANET có thể là một mạng độc lập, hoặc cũng có thể được kết nối
với một mạng khác lớn hơn, ví dụ mạng Internet.
Kết nối giữa các node mạng được đặc trưng bởi khoảng cách giữa các node
và tính sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng mặc dù là tạm thời.
(1) Khoảng cách giữa các node: Khoảng cách giữa các node hoặc trạng thái ở
gần nhau của chúng định nghĩa ranh giới mạng. Chỉ cần hai hoặc nhiều node
chuyển động trong một bán kính nhất định là tạo thành một mạng ad-hoc.
Chính sự chuyển động làm cho khoảng cách giữa các node thay đổi gây ra
bản chất đặc biệt (ad-hoc) của mạng.
(2) Tính sẵn sàng hợp tác: (1) chỉ là điều kiện cần, chưa phải là điều kiện đủ
để thành lập mạng ad-hoc. Các node ở trong khoảng cách đủ gần phải sẵn
11


sàng hợp tác để tạo thành mạng. Nói cách khác, tự bản thân node quyết định
“online” hay “offline”.

(3) Mạng ngang hàng tạm thời: Tại bất cứ một thời điểm nào, mạng ad-hoc
được xác định bởi các node đang “online” và ở trong một khoảng cách nhất
định. Một node luôn có xu hướng tham gia hay biến mất khỏi mạng. Do đó,
mạng được coi là tạm thời. Hơn nữa, do không có một cơ sở hạ tầng mạng
cho trước, các node trong mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng
(peer-to-peer).
Quan sát thấy những mạng không dây thường được triển khai trong không
gian 3 chiều thực, bởi vì truyền thông không dây phải dựa vào sự truyền tín hiệu
trong không gian. Trong mạng có dây truyền thống, dây cáp kết nối những thiết bị
với nhau trong một topo cụ thể, vì thế có thể nói rằng mạng có dây bị giới hạn trong
không gian 3 chiều. Sự quan sát thú vị này đã làm cho rất nhiều nhà nghiên cứu tập
trung vào nghiên cứu sự nhận thức vị trí trong MANET. Sự nhận thức vị trí có nghĩa
là một host có thể thể biết được vị trí địa lý của nó trong thế giới 3 chiều. Trong
mạng truyền thống, những host chỉ biết được về tên logic (địa chỉ IP) và không biết
chính xác vị trí thực của nó ở đâu.
Trong các mạng MANET thì công việc khó khăn nhất trong việc triển khai
hoạt động của mạng đó là nhiệm vụ định tuyến. Đã có rất nhiều nghiên cứu của các
nhà khoa học nhằm đưa ra những phương pháp định tuyến tối ưu cho mạng
MANET, phần tiếp theo sẽ giới thiệu tổng quan về nhiệm vụ định tuyến trong mạng
MANET.

1.2 Định tuyến trong MANET

12


Định tuyến là một tiến trình của việc điều hướng một gói tin dữ liệu từ node
nguồn tới node đích của một mạng truyền thông. Các giao thức định tuyến cho mạng
MANET có thể được chia ra như sau:
Dựa trên topology: Các gói tin được định tuyến bằng cách sử dụng thông tin

topology về mạng.
-

Chủ ứng: Duy trì các tuyến đường trước khi dữ liệu được gửi, ví dụ:
DSDV, OLSR…

-

Phản ứng: Khám phá một tuyến đường nếu một kết nối được thiết lập, ví
dụ: DSR, AODV…

-

Hybrid: Là sự kết hợp của định tuyến chủ ứng cục bộ và phản ứng liên
vùng để tăng khả năng truyền thông, ví dụ: ZRP,TORA…

Dựa trên vị trí: Các gói tin được định tuyến tùy theo vị trí địa lý của đối tác
truyền thông. Thông tin vị trí này được hỗ trợ bởi một dịch vụ định vị.
Khi sử dụng các giao thức định tuyến dựa trên topology, chi phí truyền thông
phụ thuộc vào tốc độ thay đổi cấu trúc của mạng. Trong một mạng MANET có thể
chứa những node di chuyển nhanh, tốc độ thay đổi có thể là cao, kết quả là cần rất
nhiều lưu lượng truyền thông để đảm bảo những thông tin định tuyến trong những
node được cập nhật.
Với giao thức định tuyến dựa trên vị trí, những node có thể xác định vị trí của
chúng và những node khác trong mạng. Điều đầu tiên của những công việc này
được thực hiện bởi một hệ thống định vị vị trí, có khá nhiều những hệ thống như
vậy, như GPS, GLONASS hoặc GALILEO. Các dịch vụ này sử dụng độ trễ lan
truyền tín hiện của sự phát sóng vô tuyến của vệ tinh để tính toán những vị trí tuyệt
đối với sai số nhỏ (khoảng vài mét). Nhưng cũng có những hệ thống không yêu cầu
đặc tính này của cơ sở hạ tầng, ví dụ như Self-Positioning Algorithm (SPA) có thể

13


được đề cập để đo khoảng cách giữa các node sử dụng độ trễ lan truyền tín hiệu
radio. SPA sau đó thiết lập một hệ thống tọa độ mạng quan hệ dựa trên thông tin
khoảng cách.
Để xác định vị trí của những node khác bên trong mạng, một node có thể sử
dụng dịch vụ định vị đã được đề cập ở trên. Tổng quan của các giao thức định tuyến
dựa trên vị trí được thể hiện ở phần này là mỗi node có khả năng học được vị trí của
những đối tác truyền thông của nó bằng cách truy vấn tới dịch vụ định vị.
Ý tưởng cơ bản của định tuyến dựa trên vị trí là chuyển tiếp một gói tin tới vị
trí cuối cùng được biết của node mục tiêu. Nếu thông tin vị trí là chính xác đầy đủ,
thì node mục tiêu nằm ở bên trong phạm vi vô tuyến của vị trí cuối cùng được biết
và gói tin có thể được phân phát. Những quyết định định tuyến cục bộ được dựa trên
vị trí của node mục tiêu, vị trí của node đang chuyển tiếp và các vị trí của các node
hàng xóm của chúng.
Hiện nay trong mạng MANET có rất nhiều giao thức định tuyến đã được
triển khai và sử dụng như:
DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector Routing): Là giao thức
chủ ứng dựa trên dựa trên thuật toán Distance vector được xây dựng bởi C.Perkins
và P.Bhagwat năm 1994. Giao thức này được xây dựng dựa trên tiêu chí giữ nguyên
sự đơn giản của giải thuật Bellman-Ford và loại bỏ vấn đề vòng lặp.
OLSR (Optimized Link State Routing Protocol): Là giao thức chủ ứng dựa
trên thuật toán trạng thái kết nối (Link state). Các node gửi định kỳ ra toàn mạng
thông điệp “Hello” để trao đổi thông tin về hàng xóm. Thông tin này bao gồm IP
của node, số thứ tự và danh sách các thông tin khoảng cách của các node hàng xóm.
Sau khi cập nhật những thông tin này node sẽ xây dựng lên bảng định tuyến của nó
và có cái nhìn tổng thể về toàn mạng. Dựa vào bảng định tuyến này nó có thể tự tính
được đường đi tới các node khác dựa vào thuật toán tìm đường đi ngắn nhất. Khi
14

một node nhận được một gói tin trùng lặp với cùng số thứ tự nó sẽ loại bỏ gói tin
này. Trong bảng định tuyến node lưu trữ thông tin định tuyến tới tất cả các node
khác trong mạng.
AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector): Là giao thức dựa trên thuật
toán vector khoảng cách. AODV tối thiểu hoá số bản tin quảng bá cần thiết bằng
cách tạo ra các tuyến trên cơ sở theo yêu cầu, ngược với việc duy trì một danh sách
hoàn chỉnh các tuyến như thuật toán DSDV.
DSR (Dynamic Source Routing): Là một giao thức định tuyến phản ứng từ
node nguồn. Trong đó, các node di động cần duy trì bộ nhớ đệm về tuyến chứa các
node nguồn mà node di động nhận biết được. Các thực thể trong bộ nhớ đệm về
tuyến được cập nhật liên tục.
TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm): Là một thuật toán định
tuyến phân bố không có vòng lặp và độ thích nghi cao, dựa trên khái niệm đảo
ngược đường thông. TORA được đề xuất cho môi trường nối mạng có tính linh
động cao. Nó là một giao thức khởi phát từ nguồn và cung cấp đa tuyến cho mọi cặp
node nguồn/đích cần thiết.
Tiếp theo, sau đây là một số giao thức định tuyến dựa trên nhận thức vị trí.
1.2.1 GPSR
Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) là một giao thức định tuyến hoạt
động theo nguyên tắc:“Tích cực sử dụng sơ đồ địa lý để đạt được khả năng mở
rộng”. Đây là sự kết hợp của greedy routing và primeter routing . Khi sử dụng
GPSR, mỗi node định kỳ gửi những gói tin broadcast 1-hop gọi là các beacon, chứa
node ID và vị trí hiện tại của nó. Bởi sử dụng những beacon, mỗi node có thể duy trì
một danh sách các lân cận 1-hop. Bất cứ khi nào một node không nhận được một
beacon từ một lân cận đã biết trước đó trong một khoảng thời gian nhất định, nó sẽ
cho rằng lân cận này là không thể đi đến và bị xóa khỏi danh sách hàng xóm.
15

Greedy routing chuyển tiếp một gói tin dữ liệu tới hàng xóm gần nhất với vị
trí node mục tiêu. Nó tiếp cận node mục tiêu với từng hop cho đến khi nó đủ gần để
phân phát gói tin. Cách này làm việc tốt với những hoạt cảnh mật độ node là dày
đặc, ngược lại những gói tin bị hủy trong những hoạt cảnh mật độ node là thưa thớt.
Kết quả của sự ảnh hưởng trên được hiển thị trong hình 1-2. S gửi một gói tin tới D,
gói tin được chuyển tiếp trong chế độ greedy cho tới khi nó đi đến node F. Ở đây, nó
đạt đến một cực điểm cục bộ và không thể chuyển tiếp mặc dù một tuyến đường tới
đích tồn tại (đường kẻ xám từ F tới D), bởi theo tuyến đường này, gói tin sẽ phải
được chuyển tiếp qua các node ở xa D hơn F, điều này mâu thuẫn với quy tắc của
định tuyến greedy.

Hình 1-2. Đi đến cực điểm cục bộ.
Phần giao nhau của hai đường tròn đường gọi là “void”, định tuyến greedy
thất bại khi gói tin đi đến một node trong vùng void.
Perimeter routing là phương thức được sử dụng để định tuyến xung quanh
điểm void này. Nó sử dụng quy tắc bàn tay phải để làm điều đó. Quy tắc được phát
16


biểu như sau: Khi gói tin đi đến node x từ node y, cạnh đi tiếp theo gói tin đi qua là
cạnh tuần tự kế tiếp theo hướng ngược chiều kim đồng hồ từ x của cạnh (x,y).

Hình 1-3. Định tuyến GPSR.
Chuỗi các cạnh được tìm thấy bằng cách sử dụng luật bàn tay phải được gọi
là perimeter. Để tránh các cạnh cắt nhau, điều mà có thể gây cản trở một gói tin
được chuyển tiếp với luật bàn tay phải để tìm một con đường xung quanh điểm void,
biểu đồ được trải phẳng trước khi áp dụng luật này. Điều này đạt được bằng một
thuật toán phân phối chỉ sử dụng thông tin cục bộ.
Sự kết hợp của greedy routing và định tuyến perimeter routing được hiển thị

trong hình 1-3. Đường nét đậm biểu thị những hop mà gói tin từ nguồn S tới đích D
được chuyển tiếp trong chế độ greedy. Bất cứ khi nào gói tin đi đến một node mà
không có lân cận gần hơn tới D bên trong phạm vi thu phát sóng (diện tích màu tối
17


biểu thị vùng void), gói tin được chuyển sang chế độ perimeter và được chuyển tiếp
tương ứng theo luật bàn tay phải, được biểu thị bởi đường nét đứt. Đường nét tròn
hiển thị phạm vi vô tuyến của các node, và đường tròn nét đứt phân đoạn khoảng
cách tới đích khi gói tin được chuyển tới chế độ perimeter. Sau đó nếu nó tìm thấy
node mà gần với đích nhất mà trong phạm vi phát sóng thì gói tin thoát khỏi thế độ
perimeter và trở về chế độ greedy.
1.2.2 Định tuyến Terminodes
Định tuyến Terminodes bao gồm: Anchored Geodesic Packet Forwarding
(AGPF) và Terminode Local Routing (TLR). TLR sử dụng định tuyến nguồn để duy
trì các tuyến đường tới các lân cận gần với một node. Vì thế, nó xác định một lân
cận mà mọi node biết vị trí của lẫn nhau. Trong AGPF, nguồn bao gồm một danh
sách các điểm neo trong gói tin. Một điểm neo là một điểm địa lý trên tuyến đường
mà phải được thăm. Những điểm neo được tính toán dựa trên một bản đồ hoặc dựa
trên thông tin được cung cấp bởi những node khác. Giữa các điểm neo, AGPF sử
dụng định tuyến greedy tương tự như GPSR. Nếu một gói tin đi đến một node mà từ
đó điểm neo có thể được đi đến trong một số lượng các hop được xác định trước thì
nó được chuyển tiếp tới điểm neo tiếp theo. Trong trường hợp node mục tiêu nằm
bên trong cùng với lân cận thì gói tin được chuyển tới mục tiêu.
1.2.3 LAR
Location Aided Routing (LAR) là một phương pháp được sử dụng trong
những giao thức định tuyến phản ứng trong quá trình khám phá tuyến để hạn chế
flooding. Với thông tin định vị có sẵn, một vùng kỳ vọng là một vùng yêu cầu được
định nghĩa. Gói tin khám phá tuyến chỉ cần được broadcast trong vùng yêu cầu để
tìm ra node đích. Vùng yêu cầu thường chứa vùng kỳ vọng.

18


Hình 1-4. Giao thức LAR.
1.3 Dịch vụ định vị
Một dịch vụ định vị trong ngữ cảnh của một mạng mobile ad-hoc là một dịch
vụ phân phối mà trả lời những truy vấn định vị như: “Node X ở đâu?”. Vì thế những
node cụ thể trong mạng có thể hoạt động như các server định vị cho X, điều này có
nghĩa rằng chúng phục vụ thông tin định vị về node đó. Thông thường, một yêu cầu
định vị được gửi tới một server định vị và server định vị chuyển tiếp yêu cầu đó tới
node mục tiêu và node mục tiêu sẽ đưa ra một trả lời. Phụ thuộc và dịch vụ định vị
được triển khai, những tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng để lựa chọn những server
định vị.
Các dịch vụ định vị có thể được phân loại bởi số lượng các node mà phục vụ
dịch vụ (một vài node hoặc tất cả các node hoạt động như những server định vị) và
bằng lượng thông tin được phục vụ trong mỗi server định vị (mỗi server chứa thông
tin về một vài hoặc tất cả các node của mạng):
-

Some-for-some.

-

Some-for-all.
19


-

All-for-some.

-

All-for-all.

Nếu những server định vị phục vụ thông tin cho tất cả các node (some-for-all
và all-for-all), lưu lượng cập nhật là cao trong các mạng lớn hơn bởi vì tất cả các
node phải phát ra vị trí của chúng tới những server định vị. Vì thế, hệ thống có thể
đối mặt với các vấn đề mở rộng.
Ngoài ra còn có các tiêu chuẩn khác để phân loại các dịch vụ định vị là:
Cấu trúc: Một dịch vụ định vị có thể là phân cấp, có nghĩa là nó thiết lập một
loại cụ thể của phân cấp. Thông thường, điều này được sử dụng để đạt được sự tập
trung cao hơn của những server định vị gần với vị trí thực của một node. Khoảng
cách càng lớn thì sự tập trung của những thông tin vị trí càng thấp. Nói một cách
thông thường, số lượng các cấp độ phân cấp được thay đổi theo kích thước của
mạng. Tuy nhiên, có một vài cách tiếp cận với số lượng cố định các cấp của phân
cấp. Nếu dịch vụ định vị không sử dụng cấu trúc phân cấp thì sẽ là cấu trúc phẳng
(flat).
Sự xác định server định vị (LSI): Nếu dịch vụ định vị sử dụng những server
định vị, những server định vị này có thể được xác định bởi node ID (id-based LSI)
hoặc bởi vị trí thực của chúng (position-based LSI). Trong trường hợp thứ hai, các
server là có thể hoán đổi miễn là chúng nằm trong một vùng cụ thể.
Phân vùng: Hầu hết các dịch vụ định vị sử dụng việc phân chia diện tích
cũng như sử dụng một kiến trúc phân cấp. Các kiến trúc phân cấp dựa trên việc chia
vùng mạng thành những vùng khác nhau và sử dụng tập hợp những vùng này để
thành lập ra những vùng ở cấp cao hơn.
Chiến lược cập nhật và yêu cầu: Miêu tả phương thức được sử dụng bởi
một dịch vụ định vị để tìm ra các server định vị. Các chiến lược có thể là flooding,
20

geocast hoặc unicast. Để miêu tả tốt hơn hành vi của một vài phương pháp phân cấp,
chúng ta giới thiệu thêm một giải thuật gọi là trewalk. Khi sử dụng trewalk, các gói
tin cập nhật và yêu cầu được chuyển tiếp theo cấu trúc giống cấu trúc cây của phân
cấp, một nhánh bắt đầu từ một lá cho tới ngọn.
Ngoài các tiêu chuẩn được đề cập ở trên, bảo mật và tiêu thụ năng lượng là
những mục tiêu thiết kế quan trọng cho những giao thức mạng MANET. Tiết kiệm
năng lượng có thể đạt được bằng cách chuyển các node sang chế độ sleep theo thời
gian trong lần thăm dò đầu tiên hoặc không cần thiết cho những ứng dụng cụ thể.
Một nguy cơ lớn nhất về bảo mật đó là sự bí mật định vị. Các dịch vụ định vị
được thiết kế để kết hợp một bộ định danh node với một vị trí địa lý, một thành viên
của mạng có thể vì thế được luôn luôn theo dõi. Điều này dẫn tới kết luận rằng bí
mật định vị là một công việc sẽ được thực hiện bởi sự kết hợp của giao thức định
tuyến liên quan đến địa lý và dịch vụ định vị. Trên thực tế, theo cấu trúc hiện tại, ví
dụ như thiết kế được phân chia của giao thức định tuyến và dịch vụ định vị có thể
đạt được location obfuscation (sự che giấu định vị). Location obfuscation biểu thị sự
che giấu vị trí thực của một node, không phải là sự bảo mật tổng hợp của vị trí. Nó
có thể được chia thành 3 lớp, (thực thể bất hợp pháp muốn theo dõi sự định vị của
node được gọi với thuật ngữ là intruder):
Full obfuscation: Không có thông tin về vị trí hiện thời của một node được
biết bởi bất kỳ một node nào khác trong mạng. Intruder phải gửi một yêu cầu định vị
tới node mục tiêu mà có thể sau đó nó quyết định có muốn trả lời yêu cầu đó hay
không.
Partial obfuscation: Thông tin định vị cụ thể được biết bởi một vài node khác
trong mạng, nhưng sự chính xác của thông tin phụ thuộc và khoảng cách giữa nguồn
và đích. Để lấy vị trí chi tiết, intruder phải đi tới gần node trong phạm vi tìm kiếm

21

hoặc gửi một yêu cầu định vị mà sau đó phải được trả lời một lần nữa bởi node được
yêu cầu.
No obfuscation: Có thể cho một intruder theo dõi vị trí của một node từ một
hoặc nhiều sự vị trí xa trong không gian mạng mà không cần nhận thấy node bị ảnh
hưởng.
Trong bảng 1-1, các dịnh vụ định vị được phân chia tùy theo những tiêu
chuẩn này. Trong trường hợp của cấu trúc phân cấp, số lượng của các cấp phân cấp
được đưa ra. Một dịch vụ định vị sử dụng truyền thông unicast cho các cập nhật
hoặc các yêu cầu định vị, truyền thông multicast có thể được triển khai khi cần thiết
và được hỗ trợ bởi giao thức định tuyến.

Bảng 1-1. Sự so sánh của các dịch vụ định vị.
Phần sau đây là một số dịch vụ định vị được sử dụng trong mạng MANET.
1.3.1 DREAM
22


Hình 1-5. Hiệu ứng khoảng cách.
Distance Effect Algorithm for Mobility (DREAM) sử dụng hiệu ứng khoảng
cách được thể hiện trong hình 1-5: Trong trường hợp 2 node B và C di chuyển với
tốc độ như nhau, hướng đi của A tới node mà cách xa hơn thay đổi chậm hơn. Các
node kết hợp hiệu ứng này trong chiến lược cập nhật của chúng. DREAM sử dụng
fllooding để lan truyền thông tin vị trí với tần số và khoảng cách flooding khác nhau
bởi việc kết hợp các quy tắc: Khoảng cách càng lớn thì tần số flooding càng thấp;
tốc độ di chuyển node càng cao, thì tần số flooding càng cao.
Giả sử rằng một gói tin có thể đi tới bất kỳ một node khác trong mạng với 15
hop, chiến lược cập nhật cơ bản dưới đây có thể được áp dụng theo DREAM: Mỗi
node flood thông tin vị trí cho các lân cập 2-hop sau mỗi 5 giây, cho lân cận 5-hop
cho mỗi 20 giây và cho lân cận 15-hop sau mỗi 120 giây. Hơn nữa các node thay đổi

thời gian dừng giữa các lần cập nhật tùy theo tốc độ của chúng. Kết quả là, mỗi node
có thông tin vị trí về mỗi node khác. Sự chính xác của thông tin vị trí của một node
tăng với sự giảm khoảng cách tới các node khác.
Để gửi một gói tin tới một node T, một node S gửi gói tin này tới mọi lân cận
1-hop mà “nằm trên hướng đi” của T. Việc này được lặp lại cho đến khi gói tin đi
tới T. Hình 1-6 thể hiện cách làm việc dưới dạng biểu đồ. Vùng màu xám đánh dấu
vùng mà các cập nhật được flood tới nhau với khoảng thời gian flood khác nhau.
Vùng màu trắng là vùng mà mọi node chuyển tiếp một gói tin từ S tới T. Ngay khi
gói tin đi đến node mà có thông tin chính xác hơn về node mục tiêu (đó là trường
23


hợp khi đi vào một vùng màu xám mới), những node đang chuyển tiếp tính toán
vùng kỳ vọng mới cho node mục tiêu, ở đây được đánh dấu là hình tròn.

Hình 1-6. Phân phát gói tin DREAM.
DREAM là một phương pháp all-for-all, nó có một độ phức tạp cập nhật cao
và vì thế không thể phù hợp với các mạng rộng. Tuy nhiên, những sai sót của những
node riêng lẻ không dẫn tới một sự sụp đổ của dịch vụ định vị điều đó làm cho nó
phù hợp cho những ứng dụng yêu cầu sự mạnh mẽ.
1.3.2 Homezone
Dịch vụ định vị Homezone sử dụng khái niệm của một virtual home region
(vùng thường trú ảo). Mỗi node có một homezone, một vùng trong mạng Ad-hoc mà
node thường xyên geocast thông tin vị trí của nó. Homezone của những node được
chỉ định bởi một hàm băm và được biết bởi mọi node thành viên khác của mạng. Vì
thế, mỗi node có thể xác định homezone bằng cách áp dụng hàm băm với ID của
node. Sau đó, nó có thể gửi yêu cần định vị tới một node trong vùng này nơi mà yêu
cầu có thể được trả lời.

24

Các vấn đề có thể xảy ra khi không có node nào trong homzone. Vấn đề đầu
tiên này có thể được giải quyết bởi tự động thay đổi kích thước của vùng. Vấn đề
thứ hai vô hiệu hóa dịch vụ định vị homezone từ việc mở rộng cho các mạng lớn:
Nếu các node cách xa với homezone của chúng, thì chúng cần cập nhật nó thường
xuyên. Điều này tạo nên rất nhiều lưu lượng khoảng cách dài mà cuối cùng có thể
gây tắc nghẽn mạng.
1.3.3 Hệ thống Qourum
Dịch vụ định vị Quorum được dựa trên ý tưởng của việc sử dụng các hệ
thống cơ sở dữ liệu. Thông tin định vị được gửi tới một tập con các node có sẵn
(được gọi là quorum), các yêu cầu định vị được gửi tới một quorum khác. Mỗi
quorum được xây dựng trong một cách mà phần giao nhau với bất kỳ quorum nào
khác là không rỗng. Như một hệ quả, gói tin yêu cầu định vị đi tới ít nhất một server
định vị cho những node được yêu cầu, truy vấn có thể được trả lời.
1.3.4 Dịch vụ định vị phản ứng(RLS)
Ý tưởng của dịch vụ này là giống với cơ chế khám phá tuyến của DSR. Một
yêu cầu định vị cho một node được flood tới toàn mạng. Khi yêu cầu đi tới mục tiêu
của nó, node này tạo ra một gói tin phản hồi và được trả lại cho node tạo truy vấn.
Cơ chế flooding cơ bản là không hoàn toàn tin cậy. Flooding tuyến tính, flooding
cấp số nhân và flooding nhị phân cung cấp các sự cải thiện.
RLS không tạo ra bất kỳ gói tin cập nhật chủ ứng nào cũng không có các
server định vị. Nó làm việc theo phương pháp phản ứng hoàn toàn.
1.3.5 Dịch vụ định vị lưới(GLS)
Sự phân chia vùng
GLS chia vùng mạng của Ad-hoc thành những grid phân cấp được kết hợp
bởi các hình vuông với các kích thước khác nhau. Sự phân chia này được biết bởi
25