NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG HIỆU QUẢ, TIN CẬY VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRÊN CƠ SỞ CẢI TIẾN GIAO THỨC AOMDV

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Nguyễn Kiên Giang

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG
HIỆU QUẢ, TIN CẬY VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
TRÊN CƠ SỞ CẢI TIẾN GIAO THỨC AOMDV

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Nguyễn Kiên Giang

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG
HIỆU QUẢ, TIN CẬY VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
TRÊN CƠ SỞ CẢI TIẾN GIAO THỨC AOMDV

Ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 9480101

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. NGUYỄN VĂN TAM

Thái Nguyên - 2020


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Công nghệ thông tin
và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, bằng sự biết ơn và kính trọng, tơi xin
gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo và Khoa Cơng nghệ
thơng tin thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học
Thái Nguyên cùng các thầy, cô giáo đã nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy và tạo mọi
điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hồn
thiện luận văn này.
Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Nguyễn Văn Tam,
người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện
sát, nghiên cứu để hoàn thành đề tài này.
Tuy nhiên điều kiện về năng lực bản thân cịn hạn chế, luận văn chắc chắn
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
các thầy cơ giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn của tơi được hồn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày … tháng …. năm 2019
Học viên

Nguyễn Kiên Giang


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... 1
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1. MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG .... 6
1.1. Tổng quan về mạng ad hoc di động ............................................................ 6

1.1.1. Định nghĩa mạng ad hoc di động ......................................................... 6
1.1.2. Đặc điểm của mạng ad hoc di động ..................................................... 7
1.1.3. Ứng dụng của mạng MANET .............................................................. 9
1.1.3.1. Ứng dụng trong quân đội .................................................................. 9
1.3.1.2. Các ứng dụng trong cuộc sống........................................................ 10
1.3.1.3. Mạng cảm biến ................................................................................ 12
1.3.1.4. Mạng Rooftop ................................................................................. 12
1.3.1.5. Mở rộng phạm vi của điểm truy cập ............................................... 13
1.2. Giao thức định tuyến đa đường AOMDV................................................. 14
1.2.1. Tổng quan về giao thức AOMDV...................................................... 14
1.2.2. Vấn đề chống định tuyến lặp ............................................................. 15
1.2.3. Các đường tách biệt............................................................................ 18
1.2.4. Bảng định tuyến ................................................................................. 24
1.2.5. Thuật toán cập nhật đường ................................................................. 25
1.2.6. Tiến trình khám phá đường ................................................................ 27
1.2.7. Cơ chế bảo trì đường .......................................................................... 30
1.2.8. Cơ chế chuyển tiếp dữ liệu................................................................. 31
1.3. Một số nghiên cứu cải tiến giao thức AOMDV ........................................ 31
1.5. Tổng kết chương 1 .................................................................................... 34


CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG HIỆU QUẢ, TIN CẬY
VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN E2ELREEMR .............................................................................................................. 36
2.1. Xây dựng độ đo định tuyến ....................................................................... 36
2.2. Cơ chế hoạt động....................................................................................... 38
2.3. Xác định năng lượng còn lại và năng lượng còn lại tối thiểu ................... 39
2.4. Xác định năng lượng truyền dự kiến......................................................... 41
2.5. Xác định tổng năng lượng truyền dự kiến ................................................ 42
2.6. Xác định số lần truyền dự kiến ................................................................. 43
2.7. Xác định tổng số lần truyền dự kiến ......................................................... 45

2.8. Chọn đường dựa trên CETX và CETE ..................................................... 45
2.9. Tổng kết Chương 2 ................................................................................... 48
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIAO THỨC ........ 50
3.1. Thiết lập môi trường mô phỏng ................................................................ 50
3.2. Độ đo hiệu năng ........................................................................................ 51
3.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá.................................................................. 53
3.3.1. Tỷ lệ mất gói ...................................................................................... 53
3.3.2. Chi phí định tuyến chuẩn hố ............................................................ 54
3.3.3. Tổng năng lượng tiêu thụ ................................................................... 56
3.3.4. Thông lượng ....................................................................................... 57
3.3.5. Tỷ lệ truyền thành công ..................................................................... 58
3.3.6. Chi phí định tuyến .............................................................................. 59
3.3.7. Trễ đầu cuối trung bình ...................................................................... 60
3.4. Tổng kết Chương 3 ................................................................................... 62
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 65


1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

ADSL

Asymmetric Digital

Subscriber Line

Đường thuê bao số bất đối
xứng

AODV

Ad hoc On demand
Distance Vector

Giao thức định tuyến theo yêu
cầu dạng vector khoảng cách
dành cho mạng ad hoc

AOMDV

Ad hoc On demand
Giao thức định tuyến AODV đa
Multipath Distance Vector đường

CETE

Cumulative Expected
Transmission Energy

Tổng năng lượng truyền dự
kiến của đường

CETX

Cumulative Expected
Transmission Count

Tổng số lần truyền dự kiến của
đường

DA

Destination Address

Địa chỉ đích

DoS

Denial-of-Service

Tấn cơng từ chối dịch vụ

DSR

Dynamic Source Routing

Giao thức định tuyến nguồn
động

E2ELREEMR

End-to-End Link Reliable Giao thức định tuyến đa đường
Energy Efficient Multipath có liên kết đầu cuối tin cậy và
Routing

tiết kiệm năng lượng

ETE

Expected Transmission
Energy

Năng lượng truyền dự kiến

ETX

Expected Transmission
Count

Số lần truyền dự kiến

ISP

Internet Serive Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LET

Link Expiration Time

Thời gian hết hạn liên kết

LPU

Local Path Update

Cập nhật đường nội bộ


2
LR-EEAOMDV

Link Reliable Energy
Efficient AOMDV

Giao thức định tuyến AOMDV
cải tiến độ tin cậy liên kết và
năng lượng sử dụng

MANET

Mobile Ad hoc Network

Mạng ad hoc di động

MDSDV

Modified DestinationSequenced DistanceVector

Giao thức định tuyến DSDV cải
tiến

MP-DSR

Multipath Dynamic
Source Routing

Giao thức định tuyến DSR đa
đường

MP-OLSR

Multipath Optimized Link
State Routing Protocol

Giao thức định tuyến OLSR đa
đường

MRE

Minimal Residual Energy

Năng lượng cịn lại tối thiểu

NS-2

Network Simulator
version 2

Phần mềm mơ phỏng mạng NS
phiên bản 2

OLSR

Optimized Link State
Routing Protocol

Giao thức định tuyến tối ưu
trạng thái đường liên kết

OMMREAOMDV

Optimized Minimal
Maximal nodal Residual
Energy AOMDV

Giao thức định tuyến AOMDV
tối ưu năng lượng nút mạng

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

RREP

Route Reply

Gói tin trả lời đường

RREQ

Route Request

Gói tin u cầu tìm đường

RRER

Route Error

Gói tin báo lỗi đường

RSSI

Received Signal Strength
Indicators

Chỉ số độ mạnh tín hiệu nhận
được

SA

Source Addrress

Địa chỉ nguồn

ZRP

Zone Routing Protocol

Giao thức định tuyến vùng

3
MỞ ĐẦU
Mạng Ad hoc di động (MANET) là một nhóm thiết bị tự trị di động cung cấp
khả năng truyền thông đa chặng qua việc sử dụng các liên kết khơng dây và hình
thành cấu trúc liên kết động. Các mạng như vậy khơng có cơ sở hạ tầng vật lý đầy
đủ như bộ định tuyến, máy chủ, điểm truy cập, cáp truyền dẫn hoặc cơ chế quản
trị tập trung. Mỗi nút di động trong MANET hoạt động với cả hai vai trò là định
tuyến và nút người dùng đầu cuối. Điều này khiến mạng MANET được kỳ vọng
sẽ có những ứng dụng rộng rãi trong các khu vực chiến tranh, khắc phục thảm họa,
hàng không và thông tin liên lạc hàng hải, cơng nghiệp, gia đình...
Đối với mạng MANET, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần phải được giải quyết
như: (i) các tính chất khơng dự đốn được của liên kết dẫn tới xung đột dữ liệu và
tín hiệu truyền, (ii) sự di động của các nút mạng dẫn đến cấu trúc mạng động, (iii)
thời lượng pin hạn chế của các thiết bị di động, (iv) vấn đề trạm ẩn và trạm rõ xảy
ra khi các tín hiệu của hai nút xung đột với nhau, (v) khó bảo trì đường do sự thay
đổi của môi trường truyền và (vi) thiếu cơ chế bảo mật tạo cơ hội cho các tấn công
như nghe lén thụ động, can thiệp chủ động và rị rỉ thơng tin bí mật, giả mạo dữ
liệu, phát lại thông điệp và tấn công từ chối dịch vụ (DoS).
Định tuyến là một trong những vấn đề quan trọng nhất cần được xem xét
trong số nhiều vấn đề cần giải quyết trong MANET. Các giao thức định tuyến đơn
đường thường tìm thấy một đường tối ưu giữa một cặp nút nguồn và đích. Do đó,
mỗi khi một con đường bị phá vỡ, một tiến trình khám phá đường mới lại được
kích hoạt dẫn đến chi phí và độ trễ cao. Tuy nhiên, các giao thức định tuyến đa
đường thiết lập một kênh truyền thơng từ nguồn đến đích bằng cách có các đường


4
dự phịng. Khi đường chính bị lỗi trong q trình truyền thơng đầu cuối, các đường
dự phịng được sử dụng để truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả đến đích.
Đã có nhiều giao thức định tuyến đa đường được đề xuất. Đối với các giao

thức định tuyến đa đường sử dụng cơ chế tìm đường trước như giao thức MDSDV
và giao thức MP-OLSR, việc cập nhật các bảng định tuyến thường xuyên dẫn đến
việc tiêu thụ một lượng lớn bộ nhớ, băng thông và năng lượng. Để giải quyết vấn
đề này, các giao thức định tuyến đa đường tìm đường theo yêu cầu đã được đề
xuất. Những giao thức định tuyến đa đường tiêu biểu trong nhóm này là giao thức
MP-DSR và giao thức AOMDV. Cũng đã có nhiều nghiên cứu đề xuất cải tiến
giao thức AOMDV thành các giao thức mới để đạt được hiệu năng tốt hơn. Đó là
giao thức MMNE-AOMDV và OMMNE-AOMDV với khả năng tiết kiệm năng
lượng cao hơn; giao thức LL-EE-AOMDV với khả năng định tuyến đa đường hiệu
quả qua các liên kết tin cậy và tiết kiệm năng lượng. Đây là giao thức có hiệu năng
cao hơn giao thức OMMNE-AOMDV, MMNE-AOMDV và AOMDV. Do số
lượng đường được giao thức LR-EE-AOMDV tạo ra rất hạn chế bởi cơ chế lựa
chọn đường giữa bất kỳ cặp nguồn-đích nào bằng cách sử dụng kết hợp 3 độ đo
đầu cuối nên độ trễ đầu cuối của giao thức này là rất cao khi số lượng kết nối hoặc
lưu lượng dữ liệu mạng tăng lên.
Mục tiêu chính đề tài này là nghiên cứu sâu về giao thức định tuyến đa đường
mới là E2E-LREEMR trên cơ sở cải tiến giao thức định tuyến đa đường AOMDV.
Giao thức này có khả năng tìm nhiều đường khơng lặp qua các liên kết tin cậy với
và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả theo điều kiện tài nguyên có sẵn để đáp
ứng các yêu cầu Chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau của các ứng dụng. Mức độ
cải tiến về hiệu năng của giao thức E2E-LREEMR so với giao thức AOMDV sẽ


5
được chứng minh qua các phân tích đánh giá các kết quả mô phỏng hai giao thức
trên phần mềm mô phỏng NS-2.
Luận văn có bố cục như sau: Sau phần mở đầu là nội dung giới thiệu tổng
quan về mạng không dây di động ad hoc và định tuyến đa đường được trình bày
trong Chương 1. Chi tiết của kỹ thuật định tuyến đa đường, hiệu quả, tin cậy và
tiết kiệm năng lượng trong giao thức định tuyến E2E-LREEMR trên cơ sở cải tiến

giao thức định tuyến AOMDV được trình bày trong Chương 2. Các kết quả mô
phỏng, so sánh đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến E2E-LREEMR và
giao thức định tuyến AOMDV được trình bày trong Chương 3. Cuối cùng là phần
kết luận đưa ra những nội dung tổng kết và hướng phát triển của luận văn.


6
CHƯƠNG 1. MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG
1.1. Tổng quan về mạng ad hoc di động
1.1.1. Định nghĩa mạng ad hoc di động
Mạng ad hoc di động (MANET) [3] là một mạng được hình thành bởi một
tập các nút (máy/thiết bị) không dây, di động mà khơng hề có bất cứ sự trợ giúp
nào của một trạm quản lý tập trung, một cơ sở hạ tầng truyền thơng có trước hoặc
sự can thiệp của người dùng. Việc truyền thông giữa các nút được thực hiện nếu
như hai nút là đủ gần nhau để trao đổi các gói tin.

Hình 1.1. Ví dụ về một mạng MANET
Có thể hình dung mạng MANET như một đồ thị, trong đó các nút mạng
được biểu diễn bởi các đỉnh của đồ thị. Nếu hai nút có thể truyền thơng trực tiếp
với nhau, liên kết đó được biểu diễn bởi đường nối giữa hai nút. Đồ thị biểu diễn
này là một đồ thị tùy ý, có thể thay đổi hình dạng tại bất cứ thời điểm nào.
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.


7
Trong Hình 1.1 là một ví dụ về một mạng MANET gồm 7 nút. Phạm vi
truyền thông của mỗi nút được biểu diễn bằng một hình trịn. Các nút nằm trong
phạm vi truyền thơng của nhau có thể truyền thơng trực tiếp được với nhau.
Kết nối giữa các nút mạng được đặc trưng bởi khoảng cách giữa các nút và

tính sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng mặc dù là tạm thời. Các tính chất đặc
trưng của kết nối trong mạng MANET bao gồm:
(1) Khoảng cách giữa các nút: Khoảng cách giữa các nút hoặc trạng thái ở gần
nhau của chúng định nghĩa ranh giới mạng. Chỉ cần hai hoặc nhiều nút 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 nút 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 nút ở trong khoảng cách đủ gần phải sẵn sàng hợp
tác để tạo thành mạng. Nói cách khác, tự bản thân nút 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 nút đang “online” và ở trong một khoảng cách nhất định.
Một nút ln có xu hướng tham gia hay biến mất khỏi mạng. Do đó, mạng được
coi là tạm thời. Hơn nữa, do khơng có một cơ sở hạ tầng mạng cho trước, các nút
trong mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-to-peer).
1.1.2. Đặc điểm của mạng ad hoc di động
Do ad hoc là một mạng không dây hoạt động không cần sự hỗ trợ của hạ
tầng mạng cơ sở trên cơ sở truyền thông đa chặng giữa các thiết bị di động vừa


8
đóng vai trị là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nên mạng ad
hoc di động cịn có một số đặc điểm nổi bật sau [2]:
 Các nút mạng có tài nguyên hạn chế: Mỗi nút di động trong mạng có thể là một
bộ cảm biến, một điện thoại thơng minh hoặc một máy tính xách tay. Thơng
thường các thiết bị này có tài ngun hạn chế so với các máy tính trong mạng
có dây và không dây truyền thống về tốc độ xử lý, dung lượng bộ nhớ và năng
lượng nguồn pin nuôi sống hoạt động của nút.
 Chất lượng liên kết hạn chế: Các liên kết khơng dây thường có băng thơng nhỏ

hơn so với các liên kết có dây. Ngồi ra, do ảnh hưởng của cơ chế đa truy cập,
vấn đề suy giảm tín hiệu, nhiễu và các yếu tố khác, băng thông thực của các
liên kết không dây thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý
thuyết của môi trường truyền không dây.
 Cấu trúc động: Do tính chất di chuyển ngẫu nhiên của các nút mạng nên cấu
trúc của loại mạng này cũng thường xuyên thay đổi một cách ngẫu nhiên ở
những thời điểm không xác định trước. Trong khi thay đổi, cấu trúc của mạng
có thêm hoặc mất đi các kết nối hai chiều hoặc kết nối một chiều.
 Độ bảo mật thấp ở mức độ vật lý: Mạng không dây di động thường chịu tác
động về mặt vật lý từ các nguồn gây nguy hại về an ninh nhiều hơn so với mạng
có dây. Về khía cạnh vật lý, các kỹ thuật gây mất an ninh và bảo mật trong
mạng như nghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ thường dễ triển khai
trong mạng ad ho di động hơn là trong mạng có dây truyền thống.
Có thể thấy những đặc điểm này là các yếu tố ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu
năng của mạng ad hoc di động. Để có thể triển khai được mạng ad hoc di động
trong thực tế, các thiết kế mạng phải giải quyết được những thách thức sinh ra do


9
những đặc điểm đã nêu trên của mạng. Những thách thức này gồm các vấn đề kỹ
thuật như khả năng truyền dữ liệu và định tuyến hiệu quả khi kích thước mạng
thay đổi; đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các chương trình ứng dụng; cơ
chế chuyển đổi một số dịch vụ từ mơ hình client-server; tiết kiệm năng lượng pin
để kéo dài thời gian hoạt động của các nút mạng riêng lẻ và của toàn mạng; đảm
bảo an ninh mạng; khả năng hợp tác giữa các nút mạng và khả năng tự tổ chức của
mạng;
1.1.3. Ứng dụng của mạng MANET
Các công nghệ của mạng không dây kiểu không cấu trúc đem lại rất nhiều
lợi ích so với các mạng truyền thống (cả khơng dây và có dây) trong những ngữ
cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển

khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địa hình,…) hoặc do những
lý do về kinh tế (chi phí cáp trong một khơng gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm
truy cập). Phần dưới đây sẽ giới thiệu các ứng dụng của mạng MANET.
1.1.3.1. Ứng dụng trong quân đội
Những thành tựu mới của công nghệ thông tin thường được áp dụng trong
quân sự đầu tiên, và mạng không dây kiểu không cấu trúc cũng không phải là một
ngoại lệ. Nhiều năm nay, quân đội đã sử dụng các mạng “packet radios” – một
nguyên mẫu đầu tiên của mạng chuyển mạch gói khơng dây ngày nay.
Giải pháp mạng MANET cho quân đội có những đặc điểm khác so với mạng
MANET thuần túy [1]
Mạng MANET thuần túy thường tuân theo một mơ hình điểm ngẫu nhiên,
các nút tự do di chuyển theo bất cứ hướng nào, với bất cứ tốc độ nào. Trong mô


10
hình mạng MANET cho qn đội, các nút phân nhóm theo bản chất tự nhiên của
chúng khi chúng cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Xu hướng di động ở đây là
theo nhóm. Hình 1.2 minh hoạ sự khác nhau về mơ hình di động của mạng
MANET thuần t và mạng MANET trong quân đội.

Mạng MANET thuần túy

Mạng MANET qn đội

Hình 1.2. Mơ hình di động mạng MANET thuần túy và mạng MANET quân đội
Do đó, nếu đưa ra được một mơ hình chuyển động theo nhóm, các vấn đề
của mạng MANET sẽ trở nên cụ thể hơn (ví dụ: định tuyến, sử dụng các ứng dụng
thời gian thực như tiếng nói, video,…), cho phép phát triển một giải pháp tối ưu.
1.3.1.2. Các ứng dụng trong cuộc sống
Mạng MANET là rất lý tưởng trong các trường hợp khơng có sẵn một cơ sở

hạ tầng thông tin, tuy nhiên lại cần phải thành lập một mạng tạm thời nhằm trao
đổi thông tin và hợp tác cùng làm việc.
Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, khó có thể có được một cơ sở hạ tầng
về thông tin vững chắc. Hệ thống có trước đó rất có thể bị hỏng hoặc bị phá hủy
hoàn toàn.


11
Tại vùng có thảm họa, tất cả các phương tiện và hệ thống truyền thơng đều
bị phá hủy hồn tồn. Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,… đều được
trang bị như một thiết bị đầu cuối di động – là một phần của mạng ad-hoc. Mỗi
nhân viên cũng mang theo một thiết bị đầu cuối di động. Các thiết bị đầu cuối này
đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng tạm thời nhằm trao đổi thơng tin.
Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau. Ngoài ra, các thiết bị
đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và nhận thông tin mà cịn có
thể chuyển tiếp thơng tin – đóng vai trò như router trên Internet.
Đối với ứng dụng trong hội thảo, khác với cách làm truyền thống khi những
người tham gia hội thảo muốn chia sẻ tài liệu cho nhau là gửi file đính kèm qua
email hoặc sao chép qua các thiết bị lưu trữ thứ cấp có khả năng di động, tất cả
những người tham dự hội thảo đều có thể sử dụng thiết bị di động để tạo thành
một mạng ad-hoc trong suốt thời gian đó. Các thiết bị có thể truyền thơng với
nhau, truyền/nhận các tài liệu được sử dụng trong hội thảo. Khi hội thảo kết thúc,
các thiết bị được tắt nguồn, mạng tự bị hủy bỏ.
Mạng MANET cũng có thể ứng dụng trong cuộc sống. Chẳng hạn như mạng
động được hình thành từ hai thiết bị cầm tay thông minh của các em học sinh để
chơi game. Môi trường mạng ở đây là một mạng không dây kiểu không cấu trúc
thuần túy, tức là khơng có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bị đầu cuối tự cấu hình
để thành lập mạng, mà khơng có sự quản lý tập trung. Mạng này có thể tự chia
nhỏ thành các mạng con: một mạng riêng giữa em học sinh và bạn của em, một
mạng “chung” được khởi tạo bởi người muốn chia sẻ các chương trình trị chơi

điện tử trên máy của anh ta. Hai mạng này được trộn lẫn vào nhau một cách linh
động.


12
1.3.1.3. Mạng cảm biến
Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lượng,
có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ. Mạng cảm biến là mạng gồm
các nút cảm biến (sensor) – các nút này hợp tác với nhau để cùng thực hiện một
nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như: giám sát mơi trường (khơng khí, đất, nước), theo dõi
mơi trường sống, hành vi, dân số của các loài động, thực vật, dị tìm động chấn,
theo dõi tài ngun, thực hiện trinh thám trong quân đội,...
Trước đây mạng cảm biến thường bao gồm một lượng nhỏ các nút cảm biến
được kết nối bằng cáp tới một trạm xử lý tập trung. Ngày nay, các nút mạng cảm
biến thường là không dây, phân tán để vượt qua các trở ngại vật lý của môi trường,
tiết kiệm năng lượng và do trong nhiều trường hợp khơng thể có được một hạ tầng
có sẵn về năng lượng và truyền thông.
Công nghệ mạng không dây kiểu không cấu trúc thường được áp dụng để
triển khai mạng cảm biến do:
 Các nút cảm biến được phân tán trong vùng khơng có sẵn cơ sở hạ tầng về
truyền thơng và năng lượng. Các nút phải tự hình thành kết nối.
 Các nút phải tự tự cấu hình, tự hoạt động trong bất cứ trường hợp nào
 Cấu hình mạng ln có thể thay đổi (các nút cảm biến bị hỏng, các nút mới
được thêm vào,…), mạng cảm biến phải tự thích nghi với những thay đổi
này.
1.3.1.4. Mạng Rooftop
Là một công nghệ đang bùng nổ để cung cấp truy cập mạng băng thơng rộng
tới các gia đình, một cách để thay thế ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

13
và các công nghệ tương tự khác. Mạng rooftop sử dụng công nghệ mạng ad-hoc
để mở rộng phạm vi của một số điểm truy cập – các điểm này được nối với nhà
cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Mỗi người truy cập được trang bị một router adhoc cho phép chuyển tiếp lưu lượng thay mặt những người truy cập khác.
Từ khía cạnh ad-hoc, những mạng MANET như vậy là tương đối tĩnh – cấu
hình của mạng hiếm khi thay đổi.

Hình 1.3. Một ví dụ về mạng Rooftop

1.3.1.5. Mở rộng phạm vi của điểm truy cập
Trong các mạng không dây được sử dụng rộng rãi ngày nay, các nút mạng
di động được kết nối với các điểm truy cập theo cấu hình hình sao. Để được kết
nối vào mạng, người sử dụng phải ở trong phạm vi truy cập của mạng. Do phạm
vi truy cập này là giới hạn và cơ sở hạ tầng một chặng (one-hop) của cấu hình này,
các điểm truy cập phải được trải rộng trong toàn bộ vùng, bao phủ khắp những nơi
muốn kết nối với nhau.


14
Sử dụng mạng không dây kiểu không cấu trúc, nhu cầu cần các điểm truy
cập sẽ giảm – người sử dụng bên ngồi phạm vi truy cập sẽ vẫn có thể được “tiếp
sóng” thơng qua một hoặc nhiều nút trung gian để truy cập được vào mạng.
1.2. Giao thức định tuyến đa đường AOMDV
1.2.1. Tổng quan về giao thức AOMDV
Giao thức AOMDV [8] là giao thức định tuyến đa đường theo yêu cầu dạng
vectơ khoảng cách được thiết kế dành cho mạng MANET. Nó được phát triển từ
giao thức AODV trên cơ sở chia sẻ một số đặc điểm với giao thức AODV. Nó dựa
trên khái niệm vectơ khoảng cách và sử dụng phương pháp định tuyến từng chặng.
Hơn nữa, giao thức AOMDV cũng tìm thấy các đường theo yêu cầu bằng cách sử
dụng tiến trình khám phá đường. Sự khác biệt chính giữa hai giao thức này nằm ở

số lượng đường tìm được sau mỗi tiến trình khám phá tuyến. Trong giao thức
AOMDV, việc truyền gói RREQ từ nguồn tới đích sẽ thiết lập nhiều đường dẫn
ngược ở cả các nút trung gian cũng như nút đích. Nhiều gói RREP đi qua các
đường nghịch hướng về nút nguồn để tạo thành nhiều đường thuận đến đích tại
các nút nguồn và nút trung gian. Giao thức AOMDV cũng cung cấp cho các nút
trung gian các đường dự phòng nhằm làm giảm tần suất khám phá đường.
Vấn đề trọng tâm của giao thức AOMDV là vấn đề đảm bảo phát hiện được
nhiều đường khơng lặp và phân tách trong tiến trình tìm đường hiệu quả bằng cách
sử dụng tiến trình khám phá đường dựa vào kỹ thuật “làm ngập tràn” (flooding).
Các quy tắc cập nhật đường của giao thức AOMDV được áp dụng cục bộ tại mỗi
nút đóng vai trị chính trong việc duy trì các đường khơng lặp và phân tách. Các
nội dung được trình bày trong chương này là các ý tưởng chính để đạt được hai
thuộc tính này. Các phần tiếp sẽ trình bày cách đưa những ý tưởng đó vào giao


15
thức AOMDV bao gồm mô tả chi tiết các quy tắc cập nhật đường tại mỗi nút và
tiến trình khám phá đa đường.
Đề xuất thiết kế giao thức AOMDV tái sử dụng nhiều nhất có thể những
thơng tin định tuyến đã có sẵn trong giao thức AODV. Do đó, nó hạn chế chi phí
phát sinh trong việc khám phá nhiều đường. Đặc biệt, nó khơng sử dụng thêm bất
kỳ gói điều khiển đặc biệt nào. Trên thực tế, các gói RREP và RERR bổ sung để
phát hiện và bảo trì đa đường cùng với một vài trường bổ sung trong các gói điều
khiển định tuyến (RREQ, RREP và RERR) là chi phí bổ sung duy nhất trong giao
thức AOMDV so với giao thức AODV.
1.2.2. Vấn đề chống định tuyến lặp
Các quy tắc cập nhật tuyến của giao thức AODV giới hạn một nút chỉ tìm
được tối đa một đường cho mỗi đích. Do đó, cần thiết phải sửa đổi các quy tắc cập
nhật đường này để tại mỗi nút có nhiều hơn một đường cho mỗi đích. Tuy nhiên,
những sửa đổi này cần được thực hiện để đảm bảo vấn đề tránh định tuyến lặp. Có

hai vấn đề phát sinh khi tính tốn nhiều đường dẫn khơng lặp tại một nút cho một
đích. Một là, mỗi nút sẽ chọn đường nào trong nhiều đường để cung cấp hoặc
quảng bá cho các nút khác? Do mỗi tuyến đường có thể có số chặng khác nhau
nên việc lựa chọn một đường bất kỳ có thể tạo thành các đường lặp vịng. Hai là,
một nút khi nhận được quảng bá đường có chấp nhận đường nhận được hay không?
Việc chấp nhận tất cả các con đường có thể gây ra hiện tượng định tuyến lặp.
Hình 1.4 minh họa vấn đề đường lặp vịng bằng các ví dụ đơn giản. Trong
Hình 1.4(a), nút D là đích và nút I có hai đường đến D - một đường 5 chặng qua
nút M (I –M –N –O–P –D) và một đường một chặng trực tiếp (I - D). Giả sử tuyến
đường (I –M –N –O–P –D) được quảng bá đến nút J và tiếp theo tuyến đường (I –


16
D) được quảng bá đến nút K. Sau đó, cả J và K đều có đường đến nút D qua nút I,
nhưng mỗi tuyến đường đều có chặng khác nhau. Nếu sau đó nút I nhận được một
đường 4 chặng đến đích D từ nút L (L–K–I–D), nút I sẽ không thể xác định được
L là nút trước hay nút sau nó trên con đường tới đích D vì chỉ có thơng tin số chặng
được đưa vào quảng bá đường. Vì vậy, tại nút I sẽ hình thành một tuyến đường tới
nút đích D thơng qua nút L làm dẫn đến một vịng lặp. Tình huống như vậy xảy ra
do một nút (ở đây là nút I) quảng bá một đường ngắn hơn (I - D) trong khi nó đã
có một đường dự phòng dài hơn (I –M –N –O–P –D).

Hình 1.4. Ví dụ về các trường hợp có thể xảy ra định tuyến lặp
Hình 1.4(b) cho thấy một tình huống tiềm năng khác xảy ra lặp vịng. Trong
đó nút D là đích. Nút J có đường dẫn 3 chặng đến nút D thơng qua nút (J–K–I–D).
Nút L cũng có một đường 3 chặng đến nút D thông qua nút M (L - M - N - D). Giả
sử nút I nhận được một đường dẫn 4 chặng đến nút D từ nút L. Trong trường hợp
này, nút I không thể xác định được liệu nút L có phải là nút đứng trước hay khơng
bởi vì nút J cũng có thể cung cấp một con đường 4 chặng tới nút D. Do đó, việc
một nút chấp nhận một đường dài hơn sau khi nó đã quảng bá một đường ngắn

hơn tới các nút láng giềng cũng có thể gây ra định tuyến lặp.


17
Tập các điều kiện chống định tuyến lặp đã được xây dựng cho giao thức
AODV được phát biểu như sau:
(i) Quy tắc số thứ tự: Chỉ duy trì các tuyến đường cho số thứ tự đích có giá
trị cao nhất. Tại mỗi nút, nhiều tuyến đường có cùng số thứ tự đích được duy trì.
Với quy tắc này, tính chất khơng lặp vịng của các tuyến đường có thể đạt được
tương tự như giao thức AODV. Khi một nút nhận được quảng bá đường chứa số
thứ tự đích cao hơn, tất cả các đường có số thứ tự cũ hơn tới đích tương ứng sẽ bị
loại bỏ. Tuy nhiên, các nút khác nhau (trên cùng một tuyến đường) có thể có các
số thứ tự khác nhau cho cùng một đích.
(ii) Đối với cùng một số thứ tự đích,
(a) Quy tắc quảng bá đường: Không quảng bá đường ngắn hơn đường đã
được quảng bá trước đó.
(b) Quy tắc nhận đường: Khơng nhận đường dài hơn đường đã được quảng
bá trước đó.
Để duy trì nhiều đường cho cùng một số thứ tự, giao thức AOMDV sử dụng
khái niệm “số chặng được quảng bá”. Mỗi nút duy trì một biến gọi là số chặng
được quảng bá cho mỗi đích. Biến này được thiết lập giá trị bằng độ dài của đường
(tính theo số chặng) dài nhất tại thời điểm quảng bá đầu tiên cho một số thứ tự
đích cụ thể. Số lượng chặng được quảng bá không thay đổi cho đến khi số thứ tự
đích thay đổi. Việc quảng bá độ dài đường dài nhất cho phép có nhiều hơn các
đường thay thế được duy trì.


18
1.2.3. Các đường tách biệt
Bên cạnh việc duy trì nhiều đường khơng lặp vịng, giao thức AOMDV cịn

có khả năng tìm các đường dự phịng khơng giao nhau. Với mục đích cải thiện khả
năng chịu lỗi bằng nhiều đường thì các đường tách biệt là một lựa chọn tự nhiên
để chọn một tập con các đường dự phòng hiệu quả từ một tập lớn các đường tiềm
năng vì khả năng lỗi dây chuyền và đồng thời của các đường trong tập này nhỏ
hơn so với tập các đường có giao cắt. Có hai loại đường tách biệt được xem xét là
đường tách biệt theo liên kết và đường tách biệt theo nút. Đường tách biệt theo
liên kết là tập hợp các đường khơng có liên kết chung giữa một cặp nút, trong khi
đó, đường tách biệt theo nút cịn cịn thêm điều kiện là khơng có nút giao nhau.
Khơng giống như vấn đề đường tách biệt trong lý thuyết đồ thị và tài liệu,
khái niệm không giao ở đây chỉ giới hạn ở một cặp nút và không xem xét đến tính
khơng giao giữa các cặp nút khác. Cụ thể là cần đảm bảo mọi con đường có thể đi
được từ một nút P bất kỳ tới một nút đích D là khơng giao nhau. Điều này có nghĩa
là khơng nhất thiết tất cả các đường đi trong mạng dẫn đến nút D đều phải là đường
tách biệt. Sự khác biệt này được minh họa bằng một ví dụ trong Hình 1.5. Giới
hạn đường tách biệt ở trên là đủ khi nhìn từ góc độ về khả năng chịu lỗi và thực tế
được sử dụng trong hầu hết các giao thức định tuyến đa đường khác nhau.
B
A
C

D

E
F

Hình 1.5. Ví dụ về các đường giao nhau


19
Trong Hình 1.5, các đường được duy trì tại các nút khác nhau đến đích có

thể giao nhau. Ở đây D là đích đến. Nút A có hai đường dẫn không giao nhau đến
nút D là A–B–D và A–C–D. Tương tự, nút E có hai đường tách biệt đến nút D là
E–C–D và E–F–D. Tuy nhiên, các và A–C–D và E–C–D lại giao nhau khi chúng
chia sẻ một liên kết C–D.
Trong việc tìm kiếm các đường tách biệt, lực lượng hoặc độ dài của các
đường dự phịng khơng được tối ưu hóa một cách rõ ràng. Trên thực tế, số lượng
và chất lượng của các đường tách biệt được giao thức AOMDV phát hiện phần
lớn được xác định qua tiến trình khám phá đường. Tuy nhiên, có thể kiểm sốt các
thuộc tính này bằng cách đặt giới hạn về số lượng và độ dài của các đường dự
phòng được duy trì tại mỗi nút. Đây là cách tiếp cận hợp lý vì tính chất tồn tại
trong thời gian ngắn của các đường trong mạng ad hoc di động và việc tính tốn
tối ưu cho các đường dự phịng khơng giao nhau phải sẽ phải chịu chi phí cao hơn.
Trong các thuật toán định tuyến phân tán của loại vectơ khoảng cách, một
nút sẽ hình thành từng bước các đường đến đích dựa trên các đường thu được từ
các nút láng giềng hướng đích. Vì vậy, việc tìm một tập hợp các đường tách biệt
theo liên kết tại một nút được xem là một quá trình gồm hai bước: (1) xác định
một tập các nút láng giềng hướng đích có các đường tách biệt đến đích; (2) hình
thành chính xác từng con đường qua mỗi nút láng giềng hướng đích. Lưu ý rằng
bước thứ hai là đương nhiên được thực hiện khi mỗi nút chỉ cần đảm bảo rằng mọi
đường của nó chặng kế tiếp là duy nhất. Đây là một hoạt động được thực hiện cục
bộ tại mỗi nút. Tuy nhiên, để thực hiện được bước đầu tiên, mỗi nút cần có thơng
tin về một số hoặc tất cả các nút hướng đích trên mỗi tuyến đường.


20
Trong giao thức vectơ khoảng cách thông thường (bao gồm giao thức
AODV), một nút chỉ theo dõi chặng kế tiếp và khoảng cách qua chặng kế tiếp cho
mỗi con đường. Sự giới hạn thông tin trong một chặng này không đủ để một nút
xác định liệu hai con đường thu được từ hai nút láng giềng khác nhau có thực sự
là các đường tách biệt hay khơng (Hình 1.6). Vì vậy, cần bổ sung thông tin cho

mỗi con đường để kiểm tra tính chất khơng giao theo liên kết. Giao thức định tuyến
nguồn có khả năng duy trì thơng tin đầy đủ mọi con đường đầy đủ tại mỗi nút.
Trong trường hợp như vậy, việc kiểm tra tính khơng giao theo liên kết sẽ trở thành
đơn giản. Tuy nhiên, giải pháp này có chi phí cao về việc truyền thơng và duy trì
thơng tin đầy đủ của đường tại mỗi nút.

A

P

I

D

B

Hình 1.6. Ví dụ về việc hình thành các đường giao nhau theo liên kết
Trong Hình 1.6, thơng tin về chặng kế tiếp là khơng đủ để đảm bảo tính
khơng giao theo liên kết của các con đường. Ở đây D là đích. Nút A có một con
đường qua I đến D (A-I–D). Tương tự, nút B cũng có một con đường qua I đến D
(B-I-D). Nút P chỉ biết về các chặng kế tiếp A và B mà không thể xác định liệu
các đường từ A và B đến D (lần lượt là A-I-D và B-I-D) có giao nhau hay khơng.
Vì vậy, nếu P tạo các con đường qua A và B thì tập hợp các đường dẫn từ P sẽ
giao nhau mặc dù các chặng kế tiếp (A và B) là khác biệt.