Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM và DSR trong mạng MANET

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Đình Dũng – bộ môn
mạng và truyền thông đã giúp đỡ em hoàn thành bài báo cáo này.
Là một sinh viên chuyên ngành mạng, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ
phía các thầy cô trong bộ môn từ việc chọn đề tài cho đến hoàn chỉnh bài báo
cáo. Em cũng nhận thấy được sự tâm huyết và nhiệt tình của các thầy cô và đặc
biệt là của thầy Th.S Nguyễn Đình Dũng – giáo viên hướng dẫn của em, giúp
em biết được rằng mình cần phải cố gắng nhiều hơn nữa trong học tập và nghiên
cứu.
Dưới đây là bài báo cáo của em, tuy em đã cố gắng song không thể tránh
khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và
bạn bè cho đề tài của em hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Sinh viên
Vũ Thị Thanh Thảo

1


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
Những nội dung trong đồ án này là do bản thân em thực hiện dưới sự
hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đình Dũng.
Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả,
tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ hoặc có bất kì thông tin sai lệch nào, em xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Hội Đồng
Sinh viên
Vũ Thị Thanh Thảo

2

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................2
MỤC LỤC........................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................6
LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................8
MỞ ĐẦU........................................................................................................11
1. Xu thế phát triển của công nghệ thông tin ngày nay.............................11
2. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................12
3. Mục tiêu của đề tài.................................................................................13
4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài...................................13
CHƯƠNG 1....................................................................................................15
MẠNG MANET VÀ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG
MANET..................................................................................................................15
1.1. Lịch sử phát triển ...............................................................................15
1.2. Các đặc điểm chính của mạng MANET và ứng dụng.......................16
1.2.1. Các đặc điểm chính.......................................................................16
1.2.2. Các ứng dụng.................................................................................16
1.3. Vấn đề định tuyến trong mạng MANET............................................17
1.3.1. Các thuật toán định tuyến truyền thống........................................17
1.3.2. Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET18
1.4. Phân loại mạng Manet........................................................................19
1.4.1. Phân loại mạng MANET theo cách thức định tuyến....................19
- Thường có 7 tần số được dùng lại...........................................................19
- Mỗi node gần nhau thường có tần số khác nhau. ..................................19
- Trong mỗi node những đường đơn chuyên dụng được sử dụng để chỉ
dẫn sự chuyển động của node đó........................................................................19
....................................................................................................................20

1.4.2. Phân loại mạng MANET theo chức năng của node.....................21

3


1.5. Giao thức định tuyến trong Manet.....................................................23
1.5.1. Định tuyến theo bảng (proactive).................................................23
1.5.2. Định tuyến theo yêu cầu (reactive)...............................................24
1.5.3. Giao thức định tuyến lai ghép.......................................................25
CHƯƠNG 2. ..................................................................................................26
GIAO THỨC DSR VÀ DREAM TRONG MẠNG MANET......................26
2.1. Giao thức DSR (Dynamic Source Routing).......................................26
2.1.1. Khám phá tuyến............................................................................27
2.1.2. Duy trì tuyến..................................................................................30
2.1.3. Các tính năng phát hiện tuyến gia tăng.........................................31
2.1.4. Các tính năng duy trì tuyến gia tăng.............................................34
2.1.5. Kết luận.........................................................................................36
2.2. Giao thức DREAM.............................................................................36
2.2.1. Giới thiệu.......................................................................................36
2.2.2. Lan truyền thông tin vị trí.............................................................38
2.2.3 Mô hình mẫu của DREAM............................................................40
2.2.4. Thuật toán DREAM......................................................................42
2.3. Một số giao thức định tuyến khác......................................................46
2.3.1. Giao thức Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV)...........46
2.3.2. Giao thức TORA...........................................................................47
CHƯƠNG 3. ..................................................................................................50
MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC DREAM VÀ DSR TRÊN
PHẦN MỀM NETWORKSIMULATOR – 2.......................................................50
3.1. Tổng quan về NS2..............................................................................50
3.1.1. Kiến trúc của NS2.........................................................................50

- Các modun trợ giúp thiết lập mạng (modun Plumbing)....................51
- Khởi tạo bộ lập lịch sự kiện....................................................................51
- Thiết lập mô hình mạng dùng các đối tượng thành phần mạng.............52
- Báo cho nguồn traffic khi nào bắt đầu truyền và ngưng truyền packet
trong Bộ lập lịch sự kiện.....................................................................................52
- Tổ chức bộ định thời mô phỏng..............................................................52
- Hủy các sự kiện trong hàng đợi sự kiện..................................................52

4


- Triệu gọi các thành phần mạng trong mô phỏng....................................52
- File name trace ( file.nam) được dùng cho công cụ Minh họa mạng Nam
.............................................................................................................................52
- File Trace (file.tr) được dùng cho công cụ lần vết và giám sát mô phỏng
XGRAPH hay TRACEGRAPH.........................................................................52
- NAM Visual Simulation: Mô phỏng ảo NAM.......................................52
- Tracing and Monitoring Simulation: Mô phỏng lần vết và giám sát.....52
Bằng cách sử dụng C++/OTcl, bộ mô phỏng mạng phải hoàn toàn là
hướng đối tượng..................................................................................................53
- Mô phỏng những thông số hay cấu hình thay đổi..................................54
- Cấu hình, thiết lập những gì chỉ làm 1 lần..............................................54
- Thực hiện những cái ta muốn bằng cách thao tác trên các đối tượng C++
đang tồn tại..........................................................................................................54
3.1.2. Đặc điểm của NS-2.......................................................................55
3.1.3. Các thành phần cấu hình mạng trong NS-2..................................55
3.1.4. Ứng dụng trong NS-2....................................................................60
3.1.5. Các Agent chính trong NS2..........................................................63
3.1.6. Ngôn ngữ mô phỏng trong NS2....................................................65
3.2. Xây dựng các kịch bản mô phỏng giao thức......................................69

3.2.1. Công cụ để phân tích kết quả mô phỏng......................................70
3.2.2. Kết quả mô phỏng của giao thức DREAM...................................72
3.2.3. Kết quả mô phỏng của giao thức DSR.........................................72
KẾT LUẬN....................................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................74
PHỤ LỤC.......................................................................................................75

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0.1: Định tuyến Single-hop ..................................................................20
Hình 1.2: Định tuyến Multi-hop....................................................................20
Hình 1.3: Mô hình mạng phân cấp................................................................22
Hình 1.4: Mô hình mạng Aggregate..............................................................23
Hình 1.5: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Manet.................23
........................................................................................................................27
Hình 2.1: Khám phá tuyến trong DSR...........................................................27
Hình 2.2: Duy trì tuyến, node C không thể chuyển tiếp từ A đến E qua liên
kết tới bước nhảy tiếp theo D của nó.....................................................................30
Nếu gói tin được truyền lại qua một số chặng và vượt quá số lần cực đại cho
phép mà vẫn chưa nhận được khẳng định từ node tiếp theo, node này sẽ gửi bản
tin báo lỗi tuyến RERR quay trở lại node đã gửi bản tin ban đầu để xác minh
tuyến bị lỗi từ node nào. Ví dụ trong hình trên: Nếu node C không thể truyền tin
đến node D tiếp theo, C sẽ gửi bản tin RERR về node A và tường trình rằng
tuyến từ C đến D bị đứt. Khi đó A sẽ xóa đường liên kết bị lỗi này khỏi bộ nhớ
tuyến của nó. Việc truyền lại bản tin ban đầu bây giờ là nhiệm vụ và chức năng
của các thủ tục lớp cao hơn như TCP. Trong trường hợp phải gửi lại gói tin tới
chính đích E và nếu trong bộ nhớ tuyến của node A có một tuyến khác tới E (ví
dụ từ các bản tin trả lời tuyến từ các thủ tục khám phá tuyến trước đó hoặc là từ

việc nghe lỏm được các thông tin định tuyến từ các gói tin khác) thì nó sẽ gửi
ngay gói tin sử dụng tuyến mới đó. Nếu không nó sẽ thực hiện một thủ tục khám
phá tuyến mới tới đích E nói trên..........................................................................30
Hình 2.3: Những giới hạn trong việc lưu thông tin định tuyến overhead.....32
Hình 2.4: Hồi âm RR sử dụng các tuyến đã lưu............................................33
Hình 2.5: Giới hạn bước Router Request......................................................34
Hình 2.6: Các node mạng kết nối thông qua các sóng ngắn.........................35
Hình 2.7: x là khoảng cách lớn nhất mà node R có thể đi trong t₁ – t₀........42

6


Hình 2.8: Quá trình dò tìm đường đi từ node nguồn đến node đích của giao
thức AODV............................................................................................................47
Hình 2.9: Mô hình nước chảy trong mạng với giao thức TORA..................48
Hình 3.1: Mô hình đơn giản của NS..............................................................51
Hình 3.2: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong Nam...........................52
Hình 3.3: Kiến trúc của NS-2........................................................................53
Hình 3.4: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B...................................53
Hình 3.5: Cấu trúc Heap giảm........................................................57
Hình 3.6: Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 30..............................72
Hình 3.7: Hình ảnh mô phỏng dịch vụ với số node là 30..............................72

7


LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng cũng như công nghệ của các
thiết bị di động kéo theo nhu cầu của người sử dụng công nghệ không dây ngày

càng cao và đa dạng. Vì vậy để đáp ứng được xu thế đó, mạng thông tin không
dây ngày nay phải gánh vác trọng trách lớn hơn là giải quyết vấn đề về lưu lượng
đa phương tiện, tốc độ cao, chất lượng ngày càng phải tốt hơn. Song song với
yêu cầu hỗ trợ đa phương tiện với chất lượng dịch vụ (QoS) đảm bảo, các công
nghệ giao tiếp không dây khác nhau đã xuất hiện. Đặc biệt thu hút những sự quan
tâm trong mạng không dây đó là loại hình mạng phi cấu trúc MANET (Mobile
Adhoc Network) với khả năng kết nối đơn giản, hiệu quả, có nhiều đặc trưng ưu
việt phù hợp với xu thế phát triển hiện nay.
Trong MANET, các node khi tham gia vào mạng có thể di chuyển tự do, do
vậy cấu hình mạng gồm nhiều chặng có thể thay đổi ngẫu nhiên và liên tục tại bất
kì thời điểm nào, và có thể bao gồm cả liên kết song hướng và một hướng. Trong
mạng MANET các node mạng có thể kết nối với nhau mà không cần đến các
trạm thu phát, các node mạng có thể di chuyển tự do trong cấu trúc mạng do đó
nó có tính chất di động cao và do đó làm giảm bớt sự phụ thuộc vào cơ sở hạ
tầng, làm cho mạng phát triển dễ dàng. Đặc biệt mạng MANET là mạng phi cấu
trúc không có thực thể quản lý tập trung đảm bảo việc tham gia hay ngắt kết nối
mạng tiện lợi và không làm sập hệ thống mạng. Việc tham gia vào hệ thống
mạng nhanh chóng và đơn giản phù hợp với các cuộc họp, hội nghị…. Không
cần thiết kế lắp đặt hệ thống các trạm thu phát, dây dẫn….
Bên cạnh đó, vấn đề định tuyến trong mạng MANET lại là một vấn đề
phức tạp do cấu trúc mạng có thể thay đổi thường xuyên (cấu trúc động). Các
node có thể tham gia kết nối hoặc hủy bỏ kết nối bất cứ lúc nào. Có nhiều giao
thức định tuyến sử dụng trong mạng MANET, tùy thuộc vào yêu cầu khi sử
dụng. Khẳng định mỗi giao thức có những ưu điểm và tính khả dụng riêng, với
những kiến thức thu thập được sau 5 năm học tập tại trường em đã chọn đồ án:

8


“Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM và DSR

trong mạng MANET. ”
Nội dung của đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng MANET và các giao thức định tuyến
trong mạng MANET.
Nội dung: Tổng quan về mạng MANET, giới thiệu các khái niệm, đặc
điểm, ứng dụng của mạng MANET.
Chương 2: Giao thức DSR và DREAM trong mạng MANET.
Nội dung: Tổng quan về giao thức định tuyến DSR và giao thức định
tuyến DREAM trong mạng MANET.
Chương 3: Mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM và DSR trên
phần mềm NETWORK SIMULATOR – 2.
Nội dung: Tìm hiểu công cụ mô phỏng NS-2 và các hỗ trợ trong NS-2.
Tiến hành khảo sát và xây dựng các mô hình mô phỏng hoạt động cho giao thức
đó.
Đồ án là tổng quan về hai giao thức định tuyến DSR và DREAM trong
mạng MANET, xây dựng chương trình mô phỏng trên Network Simulator 2.
Trong quá trình làm do điều kiện thời gian và trình độ có hạn do đó không thể
tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
các thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành
cảm ơn.

9


BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt
MANET
DSDV
OLSR

DSR
AODV
ZRP
TORA
GPS
DREAM

Ý nghĩa
Mobile Ad hoc 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
Distance Routing Effect Algorithm For

Perl
NS-2
RREQ
RREP
LT
FIFO

Mobility
Practical Extraction and Report Language
Network Simulator Version 2
Route Request
Route Reply

Location Table
First In First Out

10


MỞ ĐẦU
1. Xu thế phát triển của công nghệ thông tin ngày nay
Đối với thị trường Khoa Học & Công Nghệ, Công Nghệ Thông Tin có thể hỗ
trợ việc nắm bắt xu hướng phát triển của các ngành Khoa Học & Công Nghệ trên
thế giới. Việc này rất quan trọng đối với những nước hạn chế về vốn đầu tư, thị
trường tài chính chưa đủ mạnh như Việt Nam. Dù tổng lượng vốn đầu tư có hạn
nhưng chúng ta vẫn có thể có những quyết sách đầu tư hiệu quả.
Dịch vụ tài chính, ngân hàng, bảo hiểm…, đây là những lĩnh vực rất sôi động
diễn ra hằng ngày trên thế giới liên quan tới việc luân chuyển dòng vốn tư bản
toàn cầu giữa các thị trường tài chính. Bằng sự cộng tác giữa giới Công Nghệ
Thông Tin và chuyên gia tài chính trong nước, khả năng cạnh tranh của các tổ
chức tài chính của Việt Nam có thể được cải thiện đáng kể bằng sự hỗ trợ của
ngành Công Nghệ Thông Tin. Tập trung vào khả năng gia công một phần quy
trình dịch vụ cho đối tác nước ngoài và qua đó nâng cao kỹ năng, tiếp cận mặt
bằng tri thức và công nghệ trong lĩnh vực tài chính của nhân lực trong nước.
Giảm thời gian đưa ra quyết định do khả năng tính toán của các hệ thống
thông tin và băng thông của hạ tầng viễn thông hiện nay.
Tăng cường chính xác và khả năng đánh giá rủi ro trong các quyết định tài
chính. Điều này có thể thực hiện được bằng việc chuyển hóa các tri thức, bí
quyết, kinh nghiệm trong việc đầu tư tài chính thành các phần mềm chuyên dụng,
phân tích, đánh giá các dữ liệu và rủi ro tài chính.
Một nền công nghiệp phần mềm mạnh sẽ là đòn bẩy hiệu quả cho các ngành
kinh tế khác. Tập trung khả năng ứng dụng của Công Nghệ Thông Tin vào các
ngành dịch vụ quan trọng, đang gây ảnh hưởng lớn tới khả năng cạnh tranh của

mỗi quốc gia. Ưu tiên là dịch vụ tài chính. Hay nói cách khác phát triển Công
Nghệ Thông Tin sẽ là tiền đề cho sự phát triển kinh tế sau này của đất nước nên
nó cần được chú trọng hơn.

11


2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong hệ thống thông tin liên lạc hiện nay, người ta thường trao đổi với
nhau qua mạng có dây (Wired) và mạng không dây (Wireless). Với mạng máy
tính có dây đã ra đời khá lâu và có công dụng to lớn cho nhu cầu phát triển chung
của xã hội. Tuy nhiên, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công
nghệ, thì mạng có dây bắt đầu bộc lộ những hạn chế của nó. Khi những thiết bị di
động như Laptop, PDA,… ra đời thì mạng có dây đã không thể đáp ứng hết tất cả
ưu điểm của các thiết bị đó. Cùng với sự hỗ trợ của các thiết bị vô tuyến như
PDA, pocket PC, Smartphone, mạng không dây cũng không ngừng phát triển.
Hàng loạt chuẩn mạng không dây được ra đời, từ các thế hệ 2G, 3G của điện
thoại di động, đến các chuẩn IrDA, Open Air, BlueTooth và các chuẩn của
Wireless Lan như IEEE 802.11, HiperLan.
Mạng không dây giúp các thiết bị di động được sử dụng một cách hiệu quả,
thuận tiện hơn và có những đặc tính nổi bật như sau:
+ Hệ thống mạng không dây có khả năng cơ động cao, các thiết bị có thể di
chuyển một cách tùy ý mà vẫn có thể truy cập mạng và có thể trao đổi dữ liệu với
nhau.
+ Mạng không dây cho phép dễ dàng bổ sung, thay thế các thiết bị tham gia
trong mạng mà không cần phải cấu hình phức tạp lại toàn bộ hình trạng (topo)
của mạng.
+ Mạng không dây có ưu thế trong những hoàn cảnh như: hội nghị, hội
thảo, hội chợ thương mại, truy cập internet ở những nơi công cộng, rất thuận tiện
cho những người tham gia, không phụ thuộc vào vị trí địa hình, nên rất dễ dàng

triển khai lắp đặt.
Tuy nhiên, mạng không dây còn có những hạn chế về giá cả cũng như về
mặt kỹ thuật: như tỷ lệ lỗi, băng thông, bán kính phủ sóng còn hạn chế, thiết bị
phần cứng còn đắt, tuổi thọ pin còn thấp, khả năng bảo mật chưa cao.
Hiện nay, Wireless LAN với công nghệ Wifi là công nghệ nổi bật đang
được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Một trong những xu hướng trong tương
12


lai của mạng Wireless LAN là mạng Mobile Ad-hoc Network (MANET: mạng
tùy biến không dây).
3. Mục tiêu của đề tài
Ngày nay, mạng máy tính đang ngày càng phát triển không ngừng và trở
nên tiện dùng kèm theo đó là tính phức tạp cồng kềnh không kém. Các dự án
nghiên cứu, xây dựng và phát triển môi trường giả lập mạng chỉ mới đề cập và
quan tâm đúng mức trong thời gian gần đây. Muốn xây dựng các công cụ mạnh
đáp ứng được nhu cầu phát triển của mạng thì cần có các công cụ hỗ trợ mạnh
mẽ (như C++, Java…). Đặc biệt đối với ngành mạng máy tính ở nước ta thì đây
là một lĩnh vực khá mới mẻ.
Đề tài “Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của giao thức DREAM
và DSR trong mạng MANET” không nằm ngoài xu hướng phát triển chung, đặc
biệt khi ngày nay mạng không dây di động đang ngày càng tỏ rõ đặc tính nổi bật
của mình đó là khả năng cơ động cao, có thể di chuyển một cách tùy ý mà vẫn có
thể truy cập mạng và trao đổi dữ liệu với nhau.
Để không nằm ngoài xu hướng phát triển chung trên, đề tài tập trung
nghiên cứu các giao thức và các môi trường giả lập mạnh, thông dụng, có khả
năng được phát triển hơn trong tương lai. Và đây cũng là mục đích chính của đề
tài mà em tìm hiểu.
Đề tài có ý nghĩa thực trong việc nghiên cứu và phát triển môi trường giả
lập mạng, đồng thời xây dựng nên một cơ sở nền tảng lý thuyết về xây dựng môi

trường và các công cụ giả lập mạng.
4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài
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 tương 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.

13


Đề tài 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 cách thức hoạt động của giao
thức mạng ở các mức độ khác nhau.
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 giao thức DREAM và DSR trong mạng MANET.
- Xây dựng môi trường mô phỏng, đưa các giao thức định tuyến trong mạng
MANET vào mô phỏng thông qua NS-2.

14


CHƯƠNG 1.
MẠNG MANET VÀ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG
MANET
1.1. Lịch sử phát triển
Mạng MANET (Mobile Ad-hoc Netwowk) là mạng tự cấu hình của các
node 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 Ad-hoc bắt nguồn từ năm 1968 khi các mạng
ALOHA được thực hiện. Tuy các trạm làm việc là cố định nhưng giao thức
ALOHA đã 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 Ad-hoc.
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 node hợp
tác với nhau để gửi dữ liệu tới một node nằm ở xa khu vực kết nối thông qua một
node 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 lượng phát cần thiết.
Sau đó có nhiều mạng vô tuyên gói tin phát triển nhưng các hệ thống không
dây này vẫn chưa bao giờ tới tay người dùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời.
IEEE đã đổi tên mạng vô tuyến gói tin thành mạng Ad-hoc.

15


1.2. Các đặc điểm chính của mạng MANET và ứng dụng
1.2.1. Các đặc điểm chính
Mỗi node di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm
về nguồn năng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau. Chúng có thể di chuyển
về mọi hướng theo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc
điểm chính của mạng MANET như sau:
- Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn luôn biến đổi theo các mức độ
di chuyển của node mạng.

- Khoảng cách sóng ngắn: Khoảng cách sóng của các thiết bị di động là rất
hạn chế.
- Năng lượng 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 lượng, khả năng xử lý của
CPU, kích thước bộ nhớ.
- Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so
với đường truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hưởng của sự nhiễu, suy giảm tín
hiệu, các điều kiện giao thoa vì thế mà thường nhỏ hơn tốc độ truyền lớn nhất
của sóng vô tuyến.
- Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi
trường không khí, điều này khiến cho cơ chế bảo mật kém hơn so vơi môi trường
truyền cáp vì nó tiềm ẩn nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đường truyền, giả
mạo, DoS, …
1.2.2. Các ứng dụng
Quân sự: Hoạt động phi tập trung của mạng Ad-hoc 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 Ad-hoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thông liên lạc với
nhau một cách nhanh chóng.
Trường học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Ad-hoc trong trường
học, lớp học, thư viện, hay trên sân trường, … để kết nối các thiết bị di động

16


(laptop, smartphone) lại với nhau, giúp sinh viên, thầy cô giáo có thể trao đổi bài
một cách nhanh chóng thông qua mạng Ad-hoc vừa tạo.
Gia đình: Tại nhà bạn có thể tạo nhanh mạng Ad-hoc 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 được gắn các giao tiếp không dây, giúp chúng có thể trao đổi giao
tiếp với nhau thì mạng Ad-hoc sẽ rất phù hợp để tạo nên một hệ thống thông
mình có khả năng liên kết với nhau.
1.3. Vấn đề định tuyến trong mạng MANET
1.3.1. Các thuật toán định tuyến truyền thống
Các giao thức định tuyến truyền thống thường sử dụng hai giải thuật:
 Distance Vector: RIP, IGRP, ...
Nguyên tắc hoạt động: Mỗi router sẽ gửi bảng định tuyến của mình cho tất
cả các router được nối trực tiếp với nó. Các router đó so sánh với bảng định
tuyến mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường của mình với các tuyến
đường mới nhận được, tuyến đường nào tối ưu hơn sẽ được đưa vào bảng định
tuyến. Các gói tin cập nhật sẽ được gửi theo định kỳ (30 giây với RIP, 90 giây
đối với IGRP).
Ưu điểm:
Dễ cấu hình, router không phải xử lý nhiều nên không tốn nhiều dung
lượng bộ nhớ và CPU có tốc độ xử lý nhanh hơn.
Nhược điểm:
- Hệ thống số liệu quá đơn giản (như Rip chỉ là hop-count) dẫn đến việc các
tuyến đường được chọn vào bảng định tuyến chưa phải tuyến đường tốt nhất.
- Vì các gói tin cập nhật được gửi theo định kỳ nên một lượng băng thông
đáng kể sẽ bị chiếm.
- Do router hội tụ chậm, dẫn đến việc sai lệch trong bảng định tuyến gây
nên hiện tượng vòng lặp (loop).

17


 Link state: OSPF, IS-IS
Nguyên tắc hoạt động: Các router không gửi bảng định tuyến của mình, mà

chúng chỉ gửi tình trạng của các đường liên kết trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên
kết (linkstate-database) của mình đi cho các router khác, các router sẽ áp dụng
giải thuật SPF (shortest path first), để tự xây dựng bảng định tuyến riêng cho
mình. Khi mạng đã hội tụ, các giao thức Link state sẽ không gửi cập nhật định kỳ
mà chỉ gửi khi nào có sự thay đổi trong mạng (một đường bị down, cần sử dụng
đường dự phòng).
Ưu điểm:
Có thể thích nghi được với đa số hệ thống, cho phép người thiết kế có thể
thiết kế mạng linh hoạt, phản ứng nhanh với tình huống xảy ra. Do không gửi cập
nhật định kỳ như Distance Vector, nên Link State bảo đảm được băng thông cho
các đường mạng.
Nhược điểm:
- Do router phải xử lý nhiều, nên chiếm nhiều bộ nhớ, tốc độ CPU chậm
hơn nên tăng độ trễ.
- Việc sử dụng các giao thức định tuyến truyền thống trong mạng MANET
sẽ dẫn đến rất nhiều vấn đề trở ngại cần giải quyết:
+ Tiêu tốn năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhập định kỳ như
trong giao thức định tuyến Distance Vector.
+ Tiêu tốn băng thông mạng cho các cập nhập định kỳ.
+ Làm quá tải bộ vi xử lý của thiết bị: Khi các thông tin cập nhật,
số node mạng tăng lên.
+ Tạo ra nhiều đường đi dư thừa.
1.3.2. Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET
Các giao thức định tuyến trong mạng MANET cần đảm bảo:
- Thích ứng nhanh khi topo mạng thay đổi: Khi đó các node mạng di
chuyển nhanh, yêu cầu kết nối tăng lên thì các giao thức hoạt động theo cơ chế
tiếp cận tập trung sẽ giảm hiệu quả rõ rệt do phải tốn nhiều thời gian để thu thập

18

thông tin về trạng thái hiện tại và phát tán lại nó. Trong khi đó cấu hình mạng có
thể đã thay đổi khác đi rồi.
- Đảm bảo hiệu quả trong môi trường truyền khi các node đứng yên. Lúc
này topo mạng là cố định không thay đổi nên các giao thức định tuyến chỉ cần
gửi các cập nhật khi có yêu cầu hoặc mạng thay đổi như việc một node nào đó tắt
kết nối.
- Không có lặp định tuyến: Cần ngăn chặn hiện tượng này, bởi vì khi đó
các gói tin bị định tuyến sai, dẫn đến việc bị truyền quay vòng liên tục trong một
số kết nối mạng, khiến cho băng thông mạng và các tài nguyên khác như năng
lượng nguồn nuôi bị tiêu tốn vô ích.
- Bảo mật: Việc định tuyến trong mạng MANET có nguy cơ bị tấn công
dễ dàng bằng các phương pháp như xâm nhập đường truyền, phát lại, thay đổi
các gói tin tiêu đề, điều hướng các thông điệp định tuyến. Do đó khi thiết kế các
giao thức định tuyến cần phải có phương pháp để phát hiện được và ngăn chặn
các loại tấn công.
1.4. Phân loại mạng Manet
1.4.1. Phân loại mạng MANET theo cách thức định tuyến
Theo tiêu chí phân loại là cách thức định tuyến thì mạng MANET được
chia thành hai kiểu là Single-hop và Multi-hop. Ngoài ra, còn có định tuyến
Mobile Multi-hop.
 Single-hop
Đây là loại mô hình mạng Ad-hoc đơn giản nhất. Ở đó tất cả các node đều
nằm trong cùng một vùng phủ sóng (các node có thể kết nối trực tiếp với các
node khác mà không cần phải qua node trung gian). Một số đặc điểm của mạng
MANET kiểu Single-hop là:
- Thường có 7 tần số được dùng lại.
- Mỗi node gần nhau thường có tần số khác nhau.
- Trong mỗi node những đường đơn chuyên dụng được sử dụng để chỉ
dẫn sự chuyển động của node đó.

19


Hình 0.1: Định tuyến Single-hop
 Multi-hop
Multi-hop là kiểu mở rộng vùng của Single-hop Network. Một số đặc
điểm của mạng MANET kiểu Multi-hop:
- Nhiều yêu cầu được đưa vào trong những giao thức MAC hơn Single –
hop Network.
- Đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng MANET, mô hình này khác
với mô hình trước là các node có thể kết nối với các node khác trong mạng mà có
thể không cần phải kết nối trực tiếp với nhau.

Hình 1.2: Định tuyến Multi-hop
20


Các node có thể định tuyến đến node khác thông qua các node trung gian
trong mạng.
- Sử dụng giao thức chung là Floor Acquisition Multiple Access (FAMA)
class of protocols.
- 802.11 DCF (Distributed Coordination Function) protocol là rất hiệu quả.
Đây là một CSMA/CA thực sự.
 Mobile Multi-hop
Mô hình này là sự mở rộng của mô hình thứ hai với một chút khác biệt:
Mô hình này tập trung vào các ứng dụng có tính chất thời gian thực như: Audio,
video.
1.4.2. Phân loại mạng MANET theo chức năng của node
 Mạng MANET đẳng cấp (Flat)

Trong kiến trúc này, tất cả các node có vai trò ngang hàng với nhau ( peer-topeer) và các node cũng đóng vai trò như các router dùng để định tuyến các gói dữ
liệu truyền trên mạng. Trong những mạng lớn thì kiến trúc Flat không tối ưu việc
sử dụng tài nguyên băng thông của mạng vì những thông điệp điều khiển (control
message) phải truyền trên toàn bộ mạng. Tuy nhiên, nó thích hợp trong những
topo mà các node di chuyển nhiều.
 Mạng MANET phân cấp (Hierarchical)
Mạng MANET phân cấp (Hierarchical) là mô hình mạng được sử dụng
phổ biến nhất trong mạng MANET. Mạng chia làm các domain, trong mỗi
domain bao gồm một hoặc nhiều cluster với mỗi cluster bao gồm một hoặc nhiều
node. Có 2 loại node:
- Master node: Là node quản trị một cluster và có nhiệm vụ chuyển dữ
liệu của các node trong cluster đến các node trong các cluster khác và ngược lại.
- Normal node: Là các node trong cùng một cluster và chỉ có thể kết nối
với các node trong cùng một cluster hoặc kết nối với các node trong các cluster
khác thông qua master node.

21


Hình 1.3: Mô hình mạng phân cấp
Với cơ chế trên, mạng sử dụng tài nguyên băng thông mạng hiệu quả hơn
nhiều vì các message điều khiển chỉ phải truyền trong một cluster. Tuy nhiên
việc quản lý tính chuyển động của các node trở nên phức tạp hơn. Kiến trúc
mạng phân cấp thích hợp cho các mạng có tính chuyển động thấp.
 Mạng MANET kết hợp (Aggregate)
Trong kiến trúc mạng này, mạng phân thành các zone và các node được
chia vào trong các zone. Nên mỗi node bao gồm hai mức topo (topology) là topo
mức thấp và topo mức cao. Ngoài ra, mỗi node còn đặc trưng bởi hai số ID là
node ID và zone ID. Trong một zone có thể áp dụng kiến trúc đẳng cấp hoặc kiến
trúc phân cấp.

22


Hình 1.4: Mô hình mạng Aggregate
1.5. Giao thức định tuyến trong Manet
Một trong những phương thức phổ biến nhất để phân loại các giao thức
định tuyến cho mang Ad-hoc là dựa trên việc thông tin định tuyến được tập hợp
và được duy trì như thế nào bởi các node di động. Sử dụng phương thức này, các
giao thức định tuyến cho mạng Ad-hoc được phân chia như bảng sau:

Hình 1.5: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Manet
1.5.1. Định tuyến theo bảng (proactive)
Trong phương pháp định tuyến theo bảng, các node trong mạng MANET
liên tục đánh giá các tuyến tới các node để duy trì tính tương thích, cập nhật của

23


thông tin định tuyến. Vì vậy, một node nguồn có thể đưa ra một đường dẫn định
tuyến ngay lập tức khi cần. Trong các giao thức định tuyến theo bảng, tất cả các
node cần duy trì thông tin về cấu hình mạng. Khi cấu hình mạng thay đổi, các
cập nhật được truyền lan trong mạng nhằm thông báo sự thay đổi. Hầu hết các
giao thức định tuyến theo bảng đều kế thừa và sửa đổi đặc tính tương thích từ các
thuật toán chọn đường dẫn ngắn nhất trong các mạng hữu tuyến truyền thống.
Các thuật toán định tuyến theo bảng được sử dụng cho các node cập nhật trạng
thái mạng và duy trì tuyến bất kể có lưu lượng hay không. Vì vậy, tiêu đề thông
tin để duy trì cấu hình mạng đối với các giao thức này thường là lớn. Một số giao
thức định tuyến điển hình theo bảng trong MANET gồm:
+ Giao thức định tuyến không dây WRP (Wireless Routing Protocol).

+ Định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích DSDV (Destination
Sequence Distance Vector).
+ Định tuyến trạng thái tối ưu liên kết OLSR (Optimized Link State
Routing) ….
1.5.2. Định tuyến theo yêu cầu (reactive)
Trong phương pháp định tuyến theo yêu cầu, các đường dẫn được tìm
kiếm chỉ khi cần thiết, hoạt động tìm tuyến bao gồm cả thủ tục xác định tuyến.
Thủ tục tìm tuyến kết thúc khi một tuyến được tìm thấy hoặc không có tuyến khả
dụng sau khi xác minh toàn bộ tập hoán vị tuyến. Trong mạng MANET, các
tuyến hoạt động có thể ngừng do tính di động của node. Vì vậy, thông tin duy trì
tuyến là tối quan trọng đối với các giao thức định tuyến theo yêu cầu. So với các
giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức định tuyến theo yêu cầu thường có
tiêu đề trao đổi thông tin định tuyến nhỏ hơn. Vì vậy, về mặt nguyên tắc, các giao
thức này có khả năng mở rộng tốt hơn so với các giao thức định tuyến theo bảng.
Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của các giao thức định tuyến theo yêu cầu là trễ do
tìm kiếm tuyến trước khi chuyển tiếp thông tin dữ liệu. Ví dụ về một số giao thức
định tuyến theo yêu cầu gồm:
+ Giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing).

24


+ Giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu AODV (Ad-hoc
On-demand Distance Vector routing).
+ Giao thức định tuyến theo thứ tự tạm thời TORA (Temporally Ordered
Routing Algorithm).
1.5.3. Giao thức định tuyến lai ghép
Các giao thức định tuyến lai ghép được đề xuất để kết hợp các đặc tính ưu
điểm của các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêu cầu. Thông thường, các
giao thức định tuyến lai ghép MANET được sử dụng trong kiến trúc phân cấp.

Các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêu cầu được triển khai trong các cấp
thích hợp. Một số ví dụ về giao thức định tuyến lai ghép:
+ Giao thức định tuyến vùng ZRP (Zone Routing Protocol)
+ Giao thức định tuyến trạng thái liên kết dựa trên vùng ZHLS (Zonebased Hierarchical Link State routing)
+ Giao thức định tuyến mạng tùy biến lai HARP (Hybrid Ad-hoc Routing
Protocol), v.v...

25