DSpace at VNU: Đánh giá hiệu suất bằng mô phỏng các thuật toán định tuyến trong mạng đặc biệt di động Manet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MINH NGUYỆT

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT BẰNG MÔ PHỎNG
CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG
MẠNG ĐẶC BIỆT DI ĐỘNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2005


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MINH NGUYỆT

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT BẰNG MÔ PHỎNG
CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG
MẠNG ĐẶC BIỆT DI ĐỘNG MANET

Ngành: Công nghệ thông tin
Mã số: 1.01.10
LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Nguyễn Đình Việt

Hà Nội – 2005


TÓM TẮT
Mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) là một công nghệ hứa hẹn của
mạng không dây di động tương lai với việc loại bỏ sự phụ thuộc vào cơ sở mạng cố
định, giúp việc triển khai nhanh, có tính linh động cao và chi phí hoạt động thấp.
Một trong các vấn đề nghiên cứu chính của mạng MANET là việc thiết kế các giải
thuật định tuyến. Hiện tại có rất nhiều đề xuất được gửi tới nhóm làm việc về mạng
MANET của tổ chức IETF [12], nhưng hiện vẫn chưa có giao thức nào được chọn
làm chuẩn do vẫn còn những yếu tố hiệu suất liên quan tới các giao thức cần được
xem xét hơn nữa. Luận văn nghiên cứu các giải pháp định tuyến cho loại mạng này
và đánh giá chúng trên cơ sở lý thuyết và thông qua mô phỏng. Từ các nghiên cứu,
luận văn đưa ra các kết luận về hiệu suất của các giao thức cụ thể và ngữ cảnh thích
hợp cho việc sử dụng chúng.


2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá
nhân tôi, không sao chép lại của người khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn,
những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều
nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích
dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật
theo quy định cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, 12/2005
Nguyễn Minh Nguyệt

3

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................6
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................7
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...............................................................8
LỜI CÁM ƠN............................................................................................................9
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................10
Chương 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................12
1.1 Mạng đặc biệt di động MANET.......................................................................12
1.1.1 Sự phát triển của mạng ............................................................................13
1.1.2 Các ngữ cảnh sử dụng mạng ...................................................................15
1.1.3 Các đặc điểm mạng...................................................................................16
1.2 Vấn đề định tuyến .............................................................................................17
1.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống ................................................18
1.2.2 Bài toán định tuyến mạng MANET ........................................................19
Chương 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MẠNG MANET ......................21
2.1 Các kỹ thuật định tuyến mạng MANET.........................................................21
2.1.1 Định tuyến Link State và Distance Vector ............................................21
2.1.2 Định tuyến chủ ứng và định tuyến phản ứng.........................................21
2.1.3 Cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện............................................22
2.1.4 Cấu trúc phẳng và cấu trúc phân cấp ....................................................22
2.1.5 Tính toán phi tập trung và tính toán phân tán ......................................23
2.1.6 Định tuyến nguồn và định tuyến theo chặng..........................................23


4

2.1.7 Đơn đường và đa đường ..........................................................................23

2.2 Phân loại các giao thức định tuyến mạng MANET .......................................24
2.2.1 Giao thức DSDV (Destination-Sequence Distance Vector) ..................24
2.2.2 Giao thức OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) ................25
2.2.3 Giao thức AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector Routing) ......26
2.2.4 Giao thức DSR (Dynamic Source Routing)............................................27
2.2.5 Giao thức TORA (Temporally-Ordered Routing Algorithm) .............28
2.2.6 So sánh các giao thức................................................................................30
Chương 3: CÁC MẠNG MANET MÔ PHỎNG..................................................34
3.1 Mô hình các mạng MANET .............................................................................34
3.2 Bộ mô phỏng NS2 ..............................................................................................35
3.3 Thiết lập mạng MANET mô phỏng trong NS2 .............................................37
3.3.1 Mô phỏng mạng không dây di động .......................................................37
3.3.1.1 Nút di động mô phỏng ........................................................................37
3.3.1.2 Mô hình phương tiện chia sẻ..............................................................38
4.3.1.3 Hoạt động của nút di động .................................................................39
3.3.2 Tạo ngữ cảnh.............................................................................................40
3.3.2.1 Các mô hình di chuyển .......................................................................40
3.3.2.2 Các mô hình thông lượng ...................................................................44
3.4 Tổng quan quá trình mô phỏng .......................................................................45
3.5 Mô phỏng các giao thức định tuyến ................................................................46
3.5.1 DSDV .........................................................................................................46
3.5.2 AODV ........................................................................................................47
3.5.3 DSR ............................................................................................................48


5

3.5.4 TORA.........................................................................................................48
3.5.5 OLSR .........................................................................................................49
Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC..................................51

4.1 Các tham số của môi trường ............................................................................51
4.2 Các độ đo hiệu suất ...........................................................................................52
4.3 Các thí nghiệm mô phỏng.................................................................................53
4.3.1 Thí nghiệm 1: Sử dụng mô hình Random Waypoint ............................54
4.3.2 Thí nghiệm 2: Sử dụng mô hình Random Walk....................................61
4.3.3 Thí nghiệm 3: Sử dụng mô hình Random Direction .............................65
4.4 Nhận xét về hiệu suất của các giao thức..........................................................69
KẾT LUẬN ..............................................................................................................72
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ............................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................75


6

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Mạng MANET .............................................................................................12
Hình 2: Hoạt động của mạng đơn chặng và đa chặng...............................................14
Hình 3: Mạng WPAN với các kết nối Internet .........................................................16
Hình 4: Phân loại các giao thức định tuyến mạng MANET .....................................24
Hình 5: Định tuyến trạng thái liên kết và định tuyến cải tiến trong OLSR ..............26
Hình 6: Sự hình thành đường trong giao thức TORA...............................................29
Hình 7: Nút di động mô phỏng trong NS2................................................................37
Hình 8: Mô hình phương tiện chia sẻ trong NS2 ......................................................39
Hình 9: Di chuyển của một nút theo mô hình Random Waypoint...........................41
Hình 10: Di chuyển của một nút theo mô hình Random Walk.................................43
Hình 11: Di chuyển của một nút theo mô hình Random Direction ..........................44
Hình 12: Các mô hình thông lượng trong NS2 .........................................................44
Hình 13: Tổng quan quá trình mô phỏng..................................................................45
Hình 14: So sánh kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Waypoint .......56
Hình 15: So sánh trễ đầu cuối trung bình trong mô hình Random Waypoint ..........59

Hình 16: So sánh tải định tuyến chuẩn hoá trong mô hình Random Waypoint........61
Hình 17: So sánh kết qủa phân phát gói tin trong mô hình Random Walk ..............63
Hình 18: So sánh thời gian trễ trung bình trong mô hình Random Walk .................64
Hình 19: So sánh tải định tuyến chuẩn hoá trong mô hình Random Walk...............65
Hình 20: So sánh kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Direction........67
Hình 21: So sánh thời gian trễ trung bình trong mô hình Random Direction...........67
Hình 22: So sánh tải định tuyến chuẩn hóa trong mô hình Random Direction ........68


7

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: So sánh độ phức tạp của các giao thức........................................................30
Bảng 2: So sánh giữa các giao thức ..........................................................................32
Bảng 3: So sánh giữa các giao thức (tiếp).................................................................33
Bảng 4: Các tham số của mô hình Random Waypoint ............................................41
Bảng 5: Các tham số của mô hình Random Walk ....................................................42
Bảng 6 Các tham số của mô hình Random Direction ...............................................43
Bảng 7: Các tham số hoạt động của DSDV trong NS2 ............................................47
Bảng 8: Các tham số hoạt động của AODV trong NS2............................................47
Bảng 9: Các tham số hoạt động của DSR trong NS2................................................48
Bảng 10: Các tham số hoạt động của TORA trong NS2 ..........................................49
Bảng 11: Các tham số hoạt động của OLSR trong mô phỏng ..................................50
Bảng 12: Cấu hình các mạng mô phỏng theo mô hình Random Waypoint..............55
Bảng 13: Tải định tuyến chuẩn hoá của TORA trong mô hình Random Waypoint.61
Bảng 14: Cấu hình các mạng mô phỏng theo mô hình Random Walk.....................63
Bảng 15: Cấu hình các mạng mô phỏng theo mô hình Random Direction ..............66


8

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AODV
CBR

Ad hoc On-demand
Distance Vector
Constant Bit Rate

CSMA/CA Carrier Sense Multiple
Access with Collision
Avoidance
DARPA
Defense Advanced
Research Projects
Agency
DSDV
Destination-Sequenced
Distance Vector
DSR
Dynamic Source Routing

NAM

Network Animator

NS2

Network Simulator 2

OLSR

Optimized Link State
Routing Protocol
Personal Area Network

PAN
PDA
PRnet

Personal Digital
Assistant
Packet Radio Network

QoS

Quality of Service

RIP
RREP

Routing Information
Protocol
Route Reply

RREQ

Route Request

RTS

Request To Send

TC

Topology Control

TORA

DV

Distance Vector

IEEE

LAN

Institute of Electrical and
Electronic Engineering
Internet Engineering
Task Force
Local Area Network

LS

Link State

MAC

Medium Access Control

WLAN

Temporally-Ordered
Routing Algorithm
Wireless LAN

MANET

Mobile Ad hoc Network

WPAN

Wireless PAN

MPR

MultiPoint Relay

IETF