Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc

Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
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,Ad hoc là một kiểu mạng
thông tin không dây linh hoạt.Đó là tập hợp của hai hay nhiều thiết bị được trang bị khả
năng nối mạng và truyền thông không dây.Các thiết bị đó có thể giao tiếp với các nút
mạng khác ngay lập tức trong vùng phủ sóng hay một thiết bị không dây khác ngoài bên
ngoài với điều kiện có các nút trung gian để chuyển tiếp thông tin từ nút nguồn đến nút
đích.Ad hoc có khả năng tự tổ chức và thích nghi, khi đã hình thành có thể bị giải tán bất
cứ lúc nào mà không cần đến bất cứ sự quản trị hệ thống nào.Ad hoc có nhiều dạng khác
nhau và có thể di chuyển,đứng độc lập hay nối mạng.Các nút mạng có thể phát hiện sự
có mặt của các thiết bị khác trong giải vô tuyến và thực hiện sự bắt tay cần thiết để cho
phép truyền thông, chia sẻ thông tin và dịch vụ.Tôpô của mạng thông tin tùy biến thay
đổi động do các thiết bị không bị ràng buộc vào một vị trí cụ thể nên việc truy nhập
phương tiện tập trung. Giao thức định tuyến phải giảm lưu lượng điều khiển, đơn giản
tính toán đường định tuyến. Chính vì thế giao thức định tuyến đóng vai trò quan trọng
trong vận hành mạng Ad hoc.
Đồ án là tổng quan về bốn giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc, đánh giá
thông lượng của các giao thức đó dựa trên công mô phỏng OMNET++. Do thời gian
cũng như trình độ còn hạn chế, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp.
Để có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này, em đã được học hỏi những kiến
thức quí báu từ các thầy, cô giáo của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt năm
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 1
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
năm đại học. Em vô cùng biết ơn sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy, các cô trong

thời gian học tập này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới thầy Nguyễn Trung Dũng – Bộ môn Hệ
thống viễn thông – Khoa Điện tử viễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,
người đã định hướng cho những nghiên cứu của em, người trực tiếp hướng dẫn và chỉ
bảo em hoàn thành đồ án này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo điều kiện thuận lợi, động
viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu đồ án. Ngoài ra, kiến thức
thu được từ các thầy cô cũng là nguồn cổ vũ tinh thần lớn nhất giúp em có thể tập trung
và hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này.
Hà Nội, tháng 5- 2009
Sinh viên
Vũ Huy Cường
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 2
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Mạng Ad hoc là một công nghệ hữu dụng trong mạng không dây. Công nghệ này
cho phép các nút mạng giao tiếp trực tiếp với nhau bằng cách sử dụng máy thu phát vô
tuyến mà không cần có cơ sở hạ tầng cố định. Đây là một đặc trưng riêng của mạng Ad
hoc so với các mạng truyền thống trước đây như mạng cellular hay mạng LAN không
dây khi ở đó các nút giao tiếp với nhau thông qua trạm gốc (Base Station). Tuy nhiên,
mang Ad hoc phải đối mặt với một số thách thức như giới hạn phạm vi truyền dẫn, vấn
đề trạm ẩn, mất gói do lỗi đường truyền, sự chuyển động của các nút mạng làm thay đổi
tuyến đường, sự rằng buộc về băng thông và năng lượng. Giao thức định tuyến được sử
dụng để Khám phá tuyến giữa các nút giúp cho việc giao tiếp trong mạng dễ dàng hơn.
Mục đích chính của một giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc là thiết lập tuyến
đường chính xác và hiệu quả giữa các cặp nút. Đồ án đưa ra tổng quan về bốn giao thức
định tuyến: DYMO, DSR, AODV, OLSR, sử dụng công cụ mô phỏng OMNET++ và
đánh giá trễ đầu cuối của các giao thức này dựa trên các thông số đặt ra.
Đồ án gồm 5 chương
• Chương 1: Tổng quan về mạng Ad hoc

• Chương 2: Định tuyến trong mạng Ad hoc
• Chương 3: Thông số đánh giá và mô hình chuyển động trong mô phỏng mạng Ad
hoc
• Chương 4: Mô phỏng và đánh giá thông lượng của OLSR, AODV, DSR và
DYMO bằng OMNET++
• Chương 5: Kết luận
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 3
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
ABSTRACT
Ad hoc networks are the ultimate frontier in wireless communication. This
technology allows network nodes to communicate directly to each other using wireless
transceivers without the need for a fixed infrastructure. This is a very distinguishing
feature of ad hoc networks with respect to more traditional wireless networks, such as
cellular networks and wireless LAN, in which nodes communicate with each other
through BS. Some challenges that ad hoc networking faces are limited wireless
transmission range, hidden terminal problems, packet losses due to transmission errors,
mobility- induced route changes, bandwidth and battery constraints. In order to facilitate
communication within the network, a routing protocol is used to discover routes between
nodes. The primary goal of such an Ad hoc network routing protocol is correct and
efficient route establishment between a pair of nodes so that message may be delivered
in a timely manner. This thesis provides an overview of four different routing protocols:
DYMO, DSR, AODV, OLSR, uses OMNET++ simulator and evaluates throughput of
these protocols based on a given set of parameters.
The thesis has a total of 5 chapters:
• Chapter 1: Overview of Ad hoc network
• Chapter 2: Routing in Ad hoc network
• Chapter 3: Protocol Evaluation parameters and Mobility models for Ad hoc
network simulation
• Chapter 4: Simulating and evaluating throughput of AODV, OLSR, DSR and
DYMO in OMNET++

• Chapter 5: Summary
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 4
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN................................................................................................3
ABSTRACT..........................................................................................................4
MỤC LỤC...........................................................................................................5
DANH SÁCH HÌNH VẼ......................................................................................6
DANH SÁCH BẢNG BIỂU.................................................................................7
1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ AD HOC NETWORK ........................................ 7
CHƯƠNG 2. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC ....................................... 18
3 CHƯƠNG 3 THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ VÀ MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG
TRONG MÔ PHỎNG MẠNG AD HOC .................................................................... 44
4 CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG CỦA AODV,
OLSR, DSR VÀ DYMO BẰNG OMNET++ .............................................................. 51
5 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN .......................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................69
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT........................................................................71
PHỤ LỤC..........................................................................................................72
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 5
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình mô tả khái niệm mạng Ad hoc.......................................................9
Hình 1.2 Ứng dụng cho các dịch vụ khẩn cấp khi có thiên tai................................11
Hình 1.3 Ứng dụng trong các hội nghị.......................................................................12
Hình 1.4 Ứng dụng cho home networking.................................................................12
Hình 1.5 Ứng dụng cho mạng cá nhân.......................................................................13
Hình 1.6 Ứng dụng cho mạng xe cộ............................................................................14
Hình 2.1 Hệ tọa độ cơ bản mô tả môi trường mạng Ad Hoc..................................21

Hình 2.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc..........................24
Hình 2.3 Quá trình phát tràn lan bản tin quảng bá.................................................28
Hình 2.4 Bầu chọn MPR..............................................................................................29
Hình 2.5 Khám phá tuyến trong DSR.........................................................................32
Hình 2.6 Duy trì tuyến, nút C không thể chuyển tiếp từ A đến E qua ..................34
liên kết tới bước nhảy tiếp theo D của nó...................................................................34
Hình 2.7 Thiết lập tuyến đường đi ngược..................................................................38
Hình 2. 8 Thiết lập tuyến đường thuận.......................................................................40
Hình 2.9: Sự khác nhau giữa AODV và DYMO........................................................42
Hình 3.1 Mô hình di chuyển Random Waypoint.......................................................49
Hình 3.2 Mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiên.........................................................50
Hình 4.1 Các module đơn giản và kết hợp.................................................................53
54
Hình 4.2 Các kết nối.....................................................................................................54
Hình 4.4 Quá trình gửi bản tin RREQ của DYMO...................................................62
63
Hình 4.5 Quá trình gửi bản tin RREP của DYMO....................................................63
64
Hình 4.6 Quá trình gửi gói tin dữ liệu của DYMO....................................................64
65
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 6
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Hình 4.7 Quá trình gửi ACK báo nhận của DYMO..................................................65
Hình 4.9 Thông lượng đầu cuối - đầu cuối...............................................................67
Qua biểu đồ thông lượng < hình 4.9 > ta nhận thấy thông lượng tỷ lệ thuận với gói
nhận.................................................................................................................................67
Thông lượng của DYMO là cao nhất do DYMO là giao thức định tuyến hoạt động
theo yêu cầu hoặc theo bảng điều khiển,là sự tối ưu của DSR và AODV.Khi các
nút mạng chuyển động liên tục,thông lượng của DYMO vẫn rất cao ....................67
Thông lượng của OLSR cao hơn AODV và DSR vì OLSR có thể đáp ứng khi topo

mạng thay đổi, nó cho phép khám phá tuyến nhanh chóng tới các hàng xóm và
các MPR của chúng để thiết lập kết nối với các nút khác........................................67
Khi mức độ di chuyển tăng (giảm pausetime) thì thông lượng của 3 giao thức
DSR, AODV, OLSR giảm rõ rệt với mức giảm tương đương nhau.Trong khi đó
thì DYMO thể hiện được sự ổn định của mình khi có thông lượng khá cao.OLSR
có thông lượng cao hơn AODV và DSR......................................................................67
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Bảng các biến trong thông số di chuyển......................................................46
Bảng 4.1 Bảng thông số đánh giá dùng trong mô phỏng.........................................65
1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ AD HOC
NETWORK
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 7
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Chương này trình bày các khái niệm tổng quan nhất về mạng Ad hoc, các ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực cuộc sống của mạng Ad hoc. Đồng thời, đề cập đến các thách thức
mà mạng Ad hoc đang phải đối mặt.
1.1 MỞ ĐẦU
Mạng máy tính từ lâu đã trở thành một phần không thể thiếu đối với nhiều lĩnh vực
đời sống xã hội, từ các hệ thống mạng cục bộ đến hệ thống mạng toàn cầu như Internet.
Mạng máy tính đưa mọi người trên thế giới đến gần nhau hơn, mỗi người được tiếp cận
với một nguồn thông tin, tri thức phong phú.
Xã hội phát triển, con người vận động không ngừng, một người kết nối vào mạng
bằng cáp vật lý thì việc di chuyển của họ bị hạn chế, nhu cầu đặt ra là vừa kết nối vừa có
thể di chuyển và có thể kết nối bất cứ đâu một cách đơn giản. Chính nhu cầu này đã kích
thích ngành công nghiệp mạng không dây tiềm năng phát triển mạnh mẽ.
Mạng Ad hoc là một kiểu mạng không dây rất linh hoạt. Đó là tập hợp của hai hay
nhiều thiết bị được trang bị khả năng nối mạng và truyền thông không dây. Các thiết bị
như vậy có thể giao tiếp với tất cả thiết bị mạng khác ngay lập tức trong dải vô tuyến
(vùng phủ sóng, phạm vi mà thiết bị mạng đó nhận biết được) hay một thiết bị vô tuyến
khác nằm ngoài dải vô tuyến của chúng với điều kiện có các node trung gian để chuyển

tiếp thông tin từ node nguồn đến node đích. Thiết bị hỗ trợ mạng Ad hoc đa dạng và sử
dụng khá phổ biến như laptop, điện thoại di động Internet. Vì có nhiều ưu thế vượt trội
và những thách thức cần giải quyết, ngày nay mạng Ad hoc đã và đang được nghiên cứu
triển khai thành công ở một số nước mà phổ biến là Mỹ. Mạng Ad hoc đặc biệt hữu ích
trong các ứng dụng như khắc phục thảm họa thiên nhiên, quốc phòng, y tế, hội nghị nên
có xu hướng ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
1.2 KHÁI NIỆM
Mạng Ad hoc là tổ hợp của các node di động được kết nối với nhau bằng các liên
kết không dây, các node tự do di chuyển nên kiến trúc mạng có thể thay đổi liên tục mà
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 8
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
không dự đoán được. Mỗi node mạng có một giao diện vô tuyến giao tiếp với các node
mạng khác thông qua sóng vô tuyến hoặc hồng ngoại. Các mạng này không dùng bất cứ
sự hỗ trợ cơ sở hạ tầng mạng cố định hay chịu sự quản lí tập trung nào. Đây là một đặc
điểm riêng biệt của mạng Ad hoc so với các mạng không dây truyền thống – mạng chia
ô, mạng WLAN, trong đó các node (các thuê bao di động ) liên lạc với nhau thông qua
trạm vô tuyến cơ sở.
Hình 1.1 Mô hình mô tả khái niệm mạng Ad hoc
Trong Ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảo mạng sẽ
không bị sập vì trường hợp nút mạng di chuyển ra ngoài khoảng truyền dẫn của các nút
mạng khác. Nút mạng có thể ra vào bất cứ lúc nào. Do khoảng truyền dẫn của nút mạng
là hạn chế nên chúng trao đổi thông tin bằng phương pháp truyền gói tin qua nhiều bước
(Multihops). Để làm được điều này, thì tất cả các nút mạng phải có khả năng chuyển tiếp
gói tin đến nút mạng khác, do vậy tất cả các nút mạng trong Ad hoc có thể hoạt động
như máy trạm và router. Nên nút mạng có thể bao gồm một router và một máy trạm liên
kết với nhau. Một router thực hiện các giao thức định tuyến, máy trạm di động có địa chỉ
IP.
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 9
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Ad hoc cũng có khả năng thực hiện thay đổi về cấu hình mạng và khắc phục sự cố

của nút mạng thông qua thủ tục cấu hình lại mạng. Ví dụ: Nếu nút mạng rời khỏi mạng
sẽ gây ra sự cố liên kết, nút mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đường định tuyến mới và
vấn đề sẽ được giải quyết. Điều này sẽ gây ra trễ trên mạng, tuy nhiên với người sử dụng
Ad hoc vẫn hoạt động bình thường.
Ad hoc có nhiều ưu điểm của mạng truyền thông vô tuyến thông thường, liên kết
giữa các nút mạng được hình thành ngay khi chúng nằm trong khoảng truyền dẫn của
nhau
1.3 ĐẶC ĐIỂM
Ad hoc thường được mô tả có cấu trúc mạng thay đổi do sự thay đổi vị trí của các
nút mạng. Các giao thức định tuyến có cơ chế tự phát hiện các thay đổi về định tuyến
thông qua các thuật toán định tuyến thông thường như vector khoảng cách và trạng thái
các liên kết. Một đăc điểm khác của các nút mạng trong mạng Ad hoc: bị giới hạn về
khả năng của CPU, bộ nhớ, dung lượng pin và băng thông. Khi năng lượng sử dụng bị
giới hạn kéo theo giới hạn về khả năng truyền dẫn. Thiết bị truy nhập, môi trường vô
tuyến cũng có các đặc điểm đặc biệt mà người thiết kế cần lưu tâm khi đưa ra các giao
thức định tuyến cho Ad hoc. Ví dụ: các liên kết một chiều, nó xuất hiện trong trường
hợp 2 nút mạng có công suất phát khác nhau nên có khoảng truyền dẫn khác nhau, chỉ
cho phép một nút mạng nghe nút mạng kia. Liên kết một chiều chỉ có trong Ad hoc,
không tồn tại trong mạng tế bào. Sử dụng phương pháp định tuyến nhiều bước thì các
nút mạng có thể tiết kiệm được năng lượng phát ra.
1.4 ỨNG DỤNG
Ad hoc được ứng dụng cho hội thảo, ứng dụng trong quân sự. Nó cũng được sử
dụng cho trường hợp triển khai cơ sở hạ tầng mạng là khó khăn. Ví dụ: khách hàng có
thể chia sẻ tệp tin dữ liệu ở sân bay, sinh viên trao đổi thông tin với nhau trong tiết học…
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 10
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Khi máy tính di động giao tiếp thông qua giao diện mạng LAN vô tuyến, thì nhóm các
máy tính đó hình thành mạng Ad hoc, khi đó máy tính có thể truy nhập Internet, tài
nguyên trên mạng như máy in, máy scan...
1.4.1 Dịch vụ khẩn cấp

Bất kỳ đâu khi có trường hợp khẩn cẩp xảy ra đều cần có sự kết hợp của các nhân
viên cứu hộ. Giải pháp thông thường là dùng thiết bị vô tuyến. Tuy nhiên, khi cơ sở hạ
tầng bị hỏng hoặc không còn hoạt động thì giải pháp là gì? Ad hoc chính là câu trả lời
nhanh nhất và phù hợp nhất. Điều này có thể không có ý nghĩa với khu vực tổn thất nhỏ,
tuy nhiên với thảm họa thiên nhiên có khu vực ảnh hưởng tàn phá rộng lớn, việc liên lạc
rất quan trọng nên Ad hoc trở thành giải pháp hữu ích.

Hình 1.2 Ứng dụng cho các dịch vụ khẩn cấp khi có thiên tai
1.2.2 Hội nghị
Trong hội nghị, hội thảo cần trao đổi thông tin giữa các đại biểu hoặc với hội nghị
khác. Đây là một nhu cầu lớn trong thời đại phát triển nhanh về thông tin như hiện nay,
khi mà giải pháp homenetwork chưa thật sự sẵn sàng. Giải pháp hiện tại là sử dụng các
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 11
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
mạng có sẵn cho các đại biểu tham dự tuy nhiên nó có độ trễ lớn, ví dụ giải pháp Mobile
IP .Và Ad hoc là giải pháp chiếm ưu thế.

Hình 1.3 Ứng dụng trong các hội nghị
1.2.3 Home Networking
Rõ ràng sự hiện diện của máy tính xách tay và ứng dụng không dây làm nhu cầu về
home network tăng cao.Việc sử dụng kỹ thuật của Ad hoc cho phép chúng tự cấu hình và
hình thành mạng, điều này tiện lợi cho cả người không thật sự am hiểu về mạng cũng
như giảm được chi phí cho xây dựng thiết kế mạng. Hơn nữa, nếu ta có nhu cầu sử dụng
máy tính ở công sở, trường học thì khối lượng thông tin quản lý mạng giảm xuống rõ rệt.
Hình 1.4 Ứng dụng cho home networking
1.2.4 Mạng cá nhân (PAN)
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 12
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Ở thời đại thông tin thì 1 người cần mang theo nhiều công cụ hỗ trợ cho công việc
(điện thoại,Palm...) khi chúng được liên kết với nhau hình thành mạng cá nhân PAN thì

rõ ràng mang lại nhiều tiện ích hơn cho người sử dụng. PAN là mạng di động do con
người không thể ngồi yên một chỗ, tuy nhiên khi kết nối với mạng PAN khác cần trợ
giúp của Ad hoc.
Hình 1.5 Ứng dụng cho mạng cá nhân
1.2.5 Hệ thống nhúng (embeded system)
Ngày càng có nhiều máy móc cần kết nối với những vật xung quanh kéo theo nhu
cầu của Ad hoc. Nó có thể là đồ chơi có khả năng kết nối mạng, tương tác được với
home network để tìm kiếm dữ liệu trên internet hoặc có thể kết nối với điện thoại, có thể
điều chỉnh volume của TV khi có cuộc gọi đến....đáp ứng nhiều nhu cầu của người sử
dụng.
1.2.6 Mạng xe cộ (vehicular network)
VANET (Vehicular Ad Hoc Network) gọi là mạng xe cộ Ad hoc, là hệ thống mạng
không cần cơ sở hạ tầng, được tạo thành từ các phương tiện xe cộ lưu thông trên đường.
Chúng được trang bị thiết bị thu phát để có thể liên lạc, chia sẻ và trao đổi thông tin với
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 13
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
nhau giống như một nút trong mạng Ad hoc. Thông tin trao đổi trong mạng VANET bao
gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, tai nạn giao thông, nguy hiểm cần
tránh và cả những dịch vụ thông thường như dịch vụ đa phương tiện, Internet....
Hình 1.6 Ứng dụng cho mạng xe cộ
1.2.7 Mạng cảm biến (sensor network)
Mạng cảm biến không dây là một ứng dụng điển hình của Ad hoc. Hiện nay đã có
những quan tâm đáng kể cho sự phát triển kiểu mạng này,chủ yếu là trong quân sự, công
an, tình báo, khảo cổ học, nghiên cứu địa lý....Các bộ cảm biến có thể có kích thước nhỏ
nhưng khả năng truyền thông và lưu trữ tương đối tốt. Trong quân sự đã dùng những
máy móc hiện đại nhưng kích cỡ gần như hạt bụi nên đối phương rất khó phát hiện và
phá hủy chúng.
Trong lĩnh vực y tế, các bộ cảm biến cho phép giám sát liên tục thông tin tiêu chuẩn
về sự sống. Trong công nghệ thực phẩm, kỹ thuật nhịp cảm biến được áp dụng để giám
sát chất lượng có thể giúp ngăn ngừa các sản phẩm không đạt yêu cầu nên tăng mức thỏa

mãn cho khách hàng. Trong nông nghiệp, các bộ cảm biến có thể giúp xác định chất
lượng đất trồng và độ ẩm, chúng cũng có thể phát hiện các hợp chất khác. Ngoài ra, các
bộ cảm biến cũng được sử dụng rộng rãi trong thông tin thời tiết và môi trường.
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 14
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
1.3 NHỮNG THÁCH THỨC ĐỐI VỚI MẠNG AD HOC
1.3.2 Chi phí cho việc sử dụng tần số
Hầu hết các mạng Ad hoc thử nghiệm hiện nay đều dựa trên băng tần ISM. Để
ngăn ngừa nhiễu, mạng Ad ho phải hoạt động qua một số dải phổ cụ thể nào đó, được
cấp phát. Phổ tần không chỉ được cấp phát và giám sát chặt chẽ mà còn cần phải được trả
phí.
1.3.3 Cơ chế truy nhập
Không giống như mạng tế bào, trong mạng Ad hoc không có sự điều khiển tập
trung và đồng bộ toàn cục. Do đó các phương pháp đa truy nhập truyền thông như
TDMA và FDMA không còn thích hợp nữa. Ngoài ra, nhiều giao thức điều khiển truy
nhập phương tiện MAC (Media Access Control) cũng không giải quyết được sự di động
của nút mạng. Do vậy, các kỹ thuật lập lịch trình và định thời để hỗ trợ QoS gặp nhiều
khó khăn.
Trong mạng Ad hoc, do cùng một phương tiện truyền thông được chia sẻ bởi nhiều
bên tham gia nên thủ tục truy nhập đến kênh chung phải được thực hiện theo kiểu phân
bố nhờ sự hỗ trợ của giao thức MAC. Giao thức MAC phải tính đến truy nhập kênh
trong khi đồng thời phải tránh được sự xung đột với các nút lân cận. Do vậy, khi tính
toán thiết kế các giao thức MAC cho mạng Ad hoc phải tính đến khả năng di chuyển,
vấn đề đầu cuối ẩn và các vấn đề liên quan khác.
1.3.4 Định tuyến và chuyển tiếp gói tin trong MANET
Đặc tính động của mạng Ad hoc gây ra sự thay đổi thường xuyên và khó đoán
trước của topo mạng, làm tăng độ khó và độ phức tạp để định tuyến giữa các nút di
động. Nhiều giao thức và thuật toán định tuyến đã được đề xuất cho mạng Ad hoc, tuy
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 15
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc

nhiên mỗi giao thức lại có một hạn chế riêng. Do vậy, nghiên cứu về các giao thức định
tuyến trong Ad hoc là một vấn đề rất quan trọng.
1.3.5 Hiệu quả sử dụng nguồn nuôi
Hầu hết các giao thức trong mạng hiện nay không quan tâm đến tiêu tốn năng
lượng nguồn nuôi vì các máy chủ và các bộ tính tuyến thường được giả định là tĩnh và
được cấp nguồn từ nguồn điện chính. Tuy nhiên, các thiết bị dị động hầu hết được cấp
nguồn từ nguồn nuôi độc lập.Kỹ thuật nguồn nuôi vẫn thường đi chậm hơn so với kỹ
thuật vi xử lý. Thời gian cấp nguồn của pin loại tốt như Li-ionh hiện nay cũng chỉ tối đa
từ 2 đến 3 giờ (hiện nay đã có một số laptop có thời gian sử dụng lên đến 8h, tuy nhiên
giá thành vẫn còn khá cao). Sự giới hạn thời gian hoạt động như thế nói lên tính cần thiết
phải bảo tồn tốt nguồn nuôi. Đặc biệt, đối với mạng Ad hoc, do các thiết bị di động phải
thực hiện vai trò của cả hệ thống đầu cuối (tương tác người dùng khi thực hiện các ứng
dụng người dùng) lẫn vai trò của một hệ thống trung gian (chuyển tiếp gói tin) nên sẽ
tiêu tốn năng lượng nguồn nuôi một cách đáng kể, đặc biệt là các nút trung gian.
1.3.6 Đặc tính TCP
TCP (Transmission Control Protocol) là một giao thức cuối-cuối được thiết kế phục
vụ việc điều khiển nghẽn và điều khiển luồng trong mạng. TCP là một giao thức hướng
liên kết nên cần có một giai đoạn thiết lập kết nối ưu tiên cho việc truyền dữ liệu. Kết nối
bị loại bỏ khi việc truyền dữ liệu hoàn thành. Với internet hiện nay, giao thức mạng IP là
phi kết nối nên cần có một giao thức truyền dẫn hướng kết nối đáng tin cậy qua một giao
thức mạng không tin cậy. Tuy nhiên, TCP giả sử rằng các nút trong tuyến là tĩnh nên việc
điều khiển nghẽn và điều khiển luồng chỉ được thực hiện ở các nút nguồn và đích.
TCP dựa vào việc đo đạc thời gian toàn trình-RTT (Round Trip Time) và mức tổn
thất gói để kết luận là có nghẽn mạch xảy ra trong mạng hay không. TCP không thể
phân biệt được sự có mặt của tính di động và sự nghẽn mạng. Các nút chuyển động trong
một kết nối có thể gây tổn thất gói và làm cho RTT dài hơn. Do vậy, cần có một số cải
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 16
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
tiến để bảo đảm rằng giao thức truyền dẫn thực hiện tốt mà không ảnh hưởng đến thông
lượng truyền thông cuối-cuối.

1.4.2 Chất lượng dịch vụ (QoS)
Khả năng cung cấp QoS của một mạng phụ thuộc vào các đặc tính bên trong của
toàn bộ các thành phần mạng, từ các liên kết truyền phát đến tầng MAC và tầng mạng.
Các kết nối không dây có năng lực thấp và hay thay đổi, tỉ lệ lỗi cao. Các topo mạng là
động và có tỷ lệ mất gói cao. Các giao thức MAC dựa trên truy nhập ngẫu nhiên không
hỗ trợ QoS.
Các giao thức MAC QoS giải quyết vấn đề về xung đột phương tiện, hỗ trợ truyền
thông unicast tin cậy, và cung cấp việc dự trữ tài nguyên cho các lưu lượng thời gian
thực trong môi trường không dây phân tán. Rất nhiều các giao thức MAC và các cải tiến
đã được đề xuất để cung cấp việc đảm bảo QoS cho lưu lượng thời gian thực trong môi
trường không dây phân tán bao gồm giao thức GAMA/PR và cơ chế xung đột BB.
1.4.3 Tính an toàn và bảo mật
Môi trường vô tuyến trong mạng Ad hoc là “mồi ngon béo bở” cho các cuộc tấn
công mạo danh do đặc tính quảng bá của nó. Các giao thức định tuyến trong mạng Ad
hoc cần có hỗ trợ tính năng xác thực, mã hóa để nâng cao tính an toàn, hiệu năng của
mạng.
TỔNG KẾT
Chương này đã trình bày những lý thuyết tổng quan mạng Ad hoc. Trong mạng Ad
hoc, topo mạng thường xuyên thay đổi. Do vậy, các giao thức định tuyến trong mạng Ad
hoc cần giải quyết sự di chuyển của nút, ràng buộc năng lượng,băng thông
2
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 17
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
CHƯƠNG 2. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC
Đặc tính động của Ad hoc gây ra sự thay đổi thường xuyên và khó đoán trước của
topo mạng, làm tăng độ khó và độ phức tạp để định tuyến giữa các nút di động. Nhiều
giao thức định tuyến được đưa ra, tuy nhiên, chúng vẫn gặp phải một số hạn chế nhất
định. Chương này trình bày 4 loại giao thức trong mạng Ad hoc: OLSR, AODV, DSR và
DYMO.
2.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN

Hiện nay, các giao thức định tuyến đưa ra với Ad hoc đều dựa trên một giao thức
định tuyến cổ điển làm thuật toán cơ bản; do đó, việc tìm hiểu nghiên cứu các hoạt động
cơ bản của các giao thức này là hết sức cần thiết.
Giao thức cổ điển như: định tuyến theo vector khoảng cách, định tuyến theo trạng
thái liên kết đã được sử dụng từ rất lâu và đã trở nên rất quen thuộc. Tuy nhiên, các giao
thức này chỉ thích hợp cho cấu trúc mạng tĩnh, hoạt động hiệu quả ở mạng Ad hoc có tốc
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 18
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
độ di chuyển thấp, cấu trúc mạng ít thay đổi. Ngoài ra, giao thức này hoạt động phụ
thuộc vào bản tin điều khiển định tuyến, nên với số lượng nút mạng tăng, yêu cầu trao
đổi giữa các nút mạng tăng lên, thông tin cập nhật định tuyến lớn, chúng sẽ tiêu tốn băng
thông, năng lượng và CPU. Bởi vì hai loại giao thức định tuyến trên duy trì định tuyến
đến tất cả các nút mạng, nó không quan tâm nút mạng có tham giao truyền thông tin
trong mạng tại mọi thời điểm hay không. Hơn nữa, giao thức định tuyến cổ điển rằng
buộc liên kết phải là hai chiều, nên cần có những cải thiện nhất định cho thông tin vô
tuyến nói chung và mạng Ad hoc nói riêng.
2.1.Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết
Phương pháp định tuyến dựa trên trạng thái liên kết dựa trên giá của mỗi liên kết
(cost) và nút mạng phải duy trì cấu trúc mạng hoàn chỉnh với tham số này. Tham số
“giá” sẽ được cập nhật bằng cách mỗi nút mạng sẽ gửi thông tin quảng bá một cách liên
tục “giá” của các liên kết xuất phát từ nó tới tất cả các nút mạng khác sử dụng thuật toán
flooding. Mỗi nút mạng khi nhận được các thông tin này sẽ cập nhật cấu trúc mạng và sử
dụng thuật toán tìn đường đi ngắn nhất để chọn nút mạng tiếp theo cho đường định
tuyến đến nút mạng khác. Liên kết có thể có giá không chính xác do nhiều nguyên nhân
như trễ đường truyền, sự phân tách của mạng... Các cấu hình mạng thay đổi có thể hình
thành định tuyến khép kín (loop), tuy nhiên, đường định tuyến kiểu này có thời gian tồn
tại ngắn vì chúng sẽ bị xóa ngay khi bản tin đã đi qua toàn bộ mạng.
2.1.1. Định tuyến dựa trên vector khoảng cách
Phương pháp này định tuyến dựa trên vector khoảng cách, có cải tiến hơn so với
phương pháp định tuyến dựa trên trạng thái liên kết: mỗi nút mạng chỉ giám sát giá của

liên kết xuất phát từ nó, và không quảng bá thông tin đến tất cả nút mạng; nó gửi quảng
bá đều đặn đến nút liền cạnh thông tin về khoảng cách ngắn nhất tới nút khác trong
mạng. Nút mạng khác khi nhận được thông tin này sẽ tính toán lại bảng định tuyến
thông qua thuật toán tìm đường đi ngắn nhất.
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 19
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Giao thức này hoạt động hiệu quả hơn, đơn giản hơn và yêu cầu ít bộ nhớ lưu trữ
hơn. Song, nó có thể sinh ra đường định tuyến khép kín có thời gian tồn tại thay đổi dài
ngắn khác nhau, vì bảng định tuyến có thể xây dựng từ thông tin đã tồn tại lâu quá trên
mạng (không được cập nhật).
2.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG AD HOC
2.2.1 Các yêu cầu chung
Do các nút trong mạng Ad Hoc luôn di động và có nhiều đặc tính khác biệt nên
không thể áp dụng các giao thức định tuyến thông thường. Các mạng Ad Hoc thường
được đặc trưng bởi một topo động do các nút di chuyển làm thay đổi vị trí vật lý của
chúng. Đối với mạng Ad Hoc, giao thức định tuyến động tỏ ra hiệu quả và phù hợp hơn
các phương pháp định tuyến dựa trên vectơ khoảng cách và trạng thái liên kết. Thách
thức trong việc thiết kế các giao thức định tuyến là khả năng cập nhật được mức di động
của nút mạng. Chích mức di động này là nguyên nhân làm thay đổi toàn bộ cấu trúc
topo của mạng. Một nút di động thường bị giới hạn bởi khả năng xử lý của CPU, dung
lượng lưu trữ, công suất nguồn và dải thông.
Môi trường truy cập, môi trường vô tuyến cũng có những thuộc tính đặc biệt cần
phải chú ý khi thiết kế các giao thức cho mạng Ad Hoc. Ví dụ các đường truyền vô
hướng. Những đường truyền này xuất hiện khi hai nút có cường độ khác nhau và cho
phép chỉ một nút nghe được nút kia. Nhưng chúng cũng có thể xuất hiện do nhiễu từ môi
trường xung quanh. Đa chặng trong môi trường vô tuyến có thể gây ra tăng ích công suất
truyền và tăng ích công suất do mối quan hệ căn bậc hai giữa vùng phủ sóng và công
suất phát ra. Bằng cách sử dụng đa chặng, các nút có thể truyền các gói tin đi sử dụng
công suất ra thấp.
Hình 2.1 Mô tả các trục cơ bản có thể sử dụng để đặc tả môi trường mạng Ad Hoc.

Trục đầu tiên là số các nút trong mạng. Trục thứ hai là tốc độ mà tại đó topo mạng thay
đổi. Trục thứ ba là tải lưu lượng trong mạng. Khi môi trường di chuyển từ gốc của 3
trục, vấn đề định tuyến trở nên khó khăn hơn. Tăng số nút, tăng tốc độ thay đổi topo
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 20
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
(nghĩa là tăng tính di động của nút), hoặc tăng tải lưu lượng mong muốn trên mạng là
thách thức đói với các giao thức trong mạng Ad Hoc.
Hình 2.1 Hệ tọa độ cơ bản mô tả môi trường mạng Ad Hoc
Yêu cầu đối với một giao thức định tuyến cho mạng Ad hoc là gì? Sau đây là một
số yêu cầu quan trọng:
• Hoạt động phân tán: Giao thức định tuyến trong mạng Ad Hoc phải là giao thức
phân tán yêu cầu độ tin cậy cao. Do các nút là di động nên giao thức định tuyến
tập trung là không phù hợp. Mỗi nút mạng phải đủ thông minh để tạo các quyết
định định tuyến sử dụng các nút lân cận.
• Không lặp vòng: Để nâng cao chất lượng hoạt động, giao thức định tuyến cần
đảm bảo đường định được cung cấp không bị lặp vòng, điều này sẽ làm giảm
lãng phí băng thông và công suất tiêu hao của CPU.
• Sử dụng các siêu nút: Tất cả các giao thức hiện có đều giả định rằng các nút di
động là có cùng các đặc tính dựa trên bản chất của mạng tự tổ chức là tập hợp của
các nút ngang hàng. Mặc dù điều này có thể đúng trong một số trường hợp, tuy
nhiên, có trường hợp mà ở đó mạng có các nút có băng thông cao, nguồn nuôi ổn
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 21
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
định, liên kết không dây tốc độ cao hơn so với các nút khác. Các nút như vậy
được gọi là các siêu nút. Các mạng tự tổ chức trong trường hợp này thường có
cấu trúc 2 mức: vùng backbone và vùng phụ. Vùng backbone bao gồm các siêu
nút. Thêm vào đó các siêu nút thường được giả định là có độ di chuyển thấp hơn
các nút thường để duy trì sự ổn định của backbone. Các nút thường không cần có
quyết định định tuyến.
• Hoạt động dựa trên yêu cầu: Tối thiểu hóa phần thông tin điều khiển trong mạng,

giao thức định tuyến thuộc nhóm định tuyến theo yêu cầu có thể đáp ứng được
điều này. Nó chỉ tìm đường khi cần thiết và không quảng bá thông tin điều khiển
liên tục.
• Tính tiên phong (proactive): Trong một số trường hợp, trễ lớn do hoạt động dựa
trên yêu cầu là không chấp nhận được. Do đó phải sử dụng đặc tính tiên phong
nếu tài nguyên của mạng (về mặt giải thông) nằm trong khoảng cho phép.
• Hỗ trợ các liên kết một chiều: Môi trường vô tuyến có thể là nguyên nhân hình
thành các liên kết theo một hướng. Sử dụng kiểu liên kết này và kiểu liên kết hai
chiều sẽ nâng cao hiệu năng của giao thức định tuyến.
• Bảo mật: Môi trường vô tuyến rất dễ bị tấn công, khai thác thông tin, do đó mã
hóa và chứng thực là cách bảo mật thông thường nhất được áp dụng hiện nay.Vấn
đề là việc phân bổ các khóa và các nút trong mạng Ad hoc.
• Bảo toàn năng lượng: Nút mạng trong mạng Ad hoc có thể là máy tính xách tay
hay loại client nhỏ gọn khác như PDA thường có giới hạn về thời gian sử dụng
của pin, nên cần có chế độ chờ (standby mode) để tiết kiệm năng lượng. Do đó,
giao thức định tuyến sử dụng cần hỗ trợ chế độ chờ của nút mạng.
• Nhiều đường định tuyến: Nhằm giảm số lần tác động do sự thay đổi về cấu trúc
mạng và khi nhiều đường định tuyến bị nghẽn. Nếu như một đường định tuyến
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 22
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
không sử dụng được nữa thì một đường định tuyến khác có thể thay thế. Như
vậy, giao thức không cần khởi tạo lại thủ tục tìm đường.
• Hỗ trợ QoS: Có nhiều loại QoS cần được sự hỗ trợ của các giao thức định tuyến,
nó phụ thuộc vào mục đích của mạng; chẳng hạn, hỗ trợ lưu lượng thời gian
thực...
2.2.2 Phân loại
Để so sách và phân tích các giao thức định tuyến cho mạng Ad hoc, các phương
thức phân loại hợp lý là rất quan trọng. Các phương thức phân loại giúp cho các nhà
nghiên cứu và các nhà thiết kế hiểu được những đặc trưng khác nhau và mối quan hệ
giữa các giao thức. Các đặc trưng này chủ yếu liên quan đến việc tập hợp thông tin định

tuyến, đến vai trò mà một nút có thể đảm nhận trong quá trình định tuyến.
2.2.2.1 Định tuyến theo bảng, định tuyến theo yêu cầu và định tuyến lai
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 bới các nút di động. Sử dụng phương thức này, các giao thức định tuyến cho
mạnh Ad hoc được phân chia như bảng 2.2.
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 23
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Hình 2.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
• Các giao thức định tuyến proactive: còn được gọi là các giao thức định tuyến
theo bảng (table-driven). Sử dụng các giao thức này, các nút di động cố gắng
đánh giá liên tục các tuyến trong mạng để khi một gói cần phải chuyển tiếp thì
tuyến đó đã sẵn sàng để sử dụng. Mỗi nút duy trì một hay nhiều bảng chứa
thông tin định tuyến tới các nút trong mạng. Tất cả các nút trong mạng sẽ cập
nhật các bảng này để duy trì một cách phù hợp thông tin và tình trạng của
mạng, do đó tiêu đề định tuyến trong các giao thức này là khá lớn. Khi topo
mạng thay đổi, các nút truyền các bản tin thông báo cho nhau để cập nhật
thông tin về tuyến của toàn bộ mạng. Giao thức định tuyến trạng thái liên kết
tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) và giao thức định tuyến vector
khoảng cách tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination-Sequenced Distance-
Vector Routing) là hai ví dụ của giao thức định tuyến proactive
• Các giao thức định tuyến reactive: còn được gọi là các giao thức định tuyến
theo yêu cầu (on-demand). Sử dụng các giao thức này, thủ tục xác định tuyến
chỉ được gọi theo yêu cầu. Việc này được thực hiện thông qua hoạt động
khám phá tuyến đường (route discovery). Quá trình khám phá tuyến kết thúc
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 24
Đánh giá thông lượng của các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
sau khi hoặc có một tuyến được tìm ra hoặc không có tuyến nào sẵn có sau
khi đã kiểm tra toàn bộ các tuyến đường. Trong mạng Ad hoc, các tuyến đang
hoạt động có thể bị đứt do tính di động của nút. Do đó, duy trì tuyến là một

hoạt động quan trọng của định tuyến theo yêu cầu. So sánh với định tuyến
theo bảng, ít tiêu đề định tuyến là 1 ưu điểm của định tuyến theo yêu cầu. Tuy
nhiên, sử dụng định tuyến theo yêu cầu thì việc gửi gói tin sẽ có trễ lớn do nút
nguồn phải tìm đường trước khi gửi dữ liệu. Hai giao thức reactive điển hình
là giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu AODV (Ad hoc On-
demand Distance Vector Routing) và giao thức định tuyến định tuyến nguồn
động DSR (Dynamic Source Routing).
• Các giao thức định tuyến lai (hybrid) được đề xuất để kết hợp ưu điểm của 2
loại giao thức trên và khắc phục các nhược điểm của chúng. Thông thường,
các giao thức lai được triển khai trong mạng có cấu trúc phân cấp. Khi đó, các
đặc tính định tuyến theo bảng và định tuyến theo yêu cầu sẽ được khai thác
độc lập ở các mức phân cấp khác nhau. Zone Routing Protocol (ZRP) và
Hybrid Ad Hoc Routing Protocol là những ví dụ của giao thức lai.
2.2.2.2 Cấu trúc và phân bổ tiến trình định tuyến
Một phương thức phân loại khác là dựa trên vai trò có thế có của nút trong cơ chế
định tuyến. Trong giao thức định tuyến đồng bộ, tất cả các nút di động có cùng vai trò và
chức năng. WRP, DSR, AODV và DSDV là những ví dụ về định tuyến đồng bộ. Các
giao thức này thường giả định rằng cấu trúc mạng là phẳng. Trong một giao thức định
tuyến bất đồng bộ, một số nút đảm nhận vai trò quản lý và chức năng khác nhau. Thuật
toán phân tán được sử dụng để lựa chọn các nút đặc biệt này. Trong một số trường hợp,
các phương pháp định tuyến bất đồng bộ gắn liền với cấu trúc mạng phân cấp để dể
dàng tổ chức và quản lý các nút. Các giao thức định tuyến bất đồng bộ có thể được phân
chia dựa trên việc tổ chức các nút di động, chức năng định tuyến và quản lý được thực
hiện như thế nào. Theo đó, các giao thức định tuyến bất đồng bộ trong mạng Ad hoc
Vũ Huy Cường- ĐT3- K49 25