ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Văn Tứ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Văn Tứ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Việt Cán bộ đồng hướng dẫn: Ths. Đoàn Minh Phương HÀ NỘI - 2010 TÓM TẮT Ngày nay, cùng với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của các thiết bị di động cá nhân như: laptop, smartphone, tablet,…, thì nhu cầu kết nối giữa các thiết bị này cũng ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ và khả năng di chuyển trong khi kết nối. Mạng di động đặc biệt – MANET (Mobile Ad-hoc Network) là một trong những công nghệ vượt trội đáp ứng nhu cầu kết nối đó nhờ khả năng hoạt động không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh và có tính di động cao. Tuy nhiên, hiện nay mạng MANET vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi và đang được thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để mạng đạt được hiệu quả hoạt động tốt hơn. Khóa luận nghiên cứu ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET. Bằng những kiểm chứng thông qua mô phỏng, khóa luận đưa ra các nhận xét, đánh giá về hiệu suất mạng đối với từng giao thức định tuyến cụ thể khi các nút mạng chuyển động với tốc độ và hướng đi thay đổi. MỤC LỤC TÓM TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT LỜI CẢM ƠN Chương 1. GIỚI THIỆU 1 1.1. Sự ra đời và phát triển của các mạng không dây 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận 4 1.3. Công cụ nghiên cứu chính – NS-2 5 1.3.1. Giới thiệu về NS-2 5 1.3.2. Khả năng mô phỏng của NS-2 7 1.4. Tổ chức của KLTN 8 Chương 2. GIAO THỨC MAC CỦA MẠNG LAN VÀ WLAN 9 2.1. Mạng LAN và mạng WLAN 9 2.2. Chuẩn 802.3 và giao thức CSMA/CD 10 2.3. Chuẩn 802.11 và giao thức CSMA/CA 12 Chương 3. MẠNG MANET VÀ BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN 15 3.1. Mạng MANET 15 3.1.1. Lịch sử phát triển và các ứng dụng 15 3.1.2. Các đặc điểm chính của mạng MANET 16 3.2. Vấn đề định tuyến trong mạng MANET 17 3.2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống 17 3.2.2. Các yêu cầu chính đối với việc định tuyến trong mạng MANET 18 3.2.3. Phân loại các kỹ thuật định tuyến 19 3.2.3.1. Link state và Distance Vector 19 3.2.3.2. Định tuyến chủ ứng và phản ứng 20 3.2.3.3. Định tuyến nguồn và định tuyến theo chặng 21 3.3. Các giao thức định tuyến chính trong mạng MANET 22 3.3.1. DSDV 22 3.3.2 OLSR [8] 23 3.3.3. AODV [12] 25 3.3.4. DSR [7] 27 3.3.5. TORA [11] 28 Chương 4. ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 30 4.1. Xác định các tham số hiệu suất cần đánh giá và cách thức phân tích kết quả mô phỏng 30 4.1.1. Các tham số hiệu suất cần đánh giá 30 4.1.2. Cách thức phân tích kết quả mô phỏng của NS-2 30 4.1.2.1. Cấu trúc tệp vết 30 4.1.2. Công cụ để phân tích và biểu diễn kết quả mô phỏng 33 4.1.2.1. Perl 33 4.1.2.2. GNUPLOT 33 4.2. Thiết lập mạng mô phỏng MANET 35 4.2.1. Thiết lập tô-pô mạng 35 4.2.2. Thiết lập mô hình chuyển động của các nút mạng và thời gian mô phỏng 36 4.2.2.1. Mô hình Random Waypoint 37 4.2.2.2. Mô hình Random Walk 38 4.2.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng 39 4.2.4. Lựa chọn thời gian mô phỏng 40 4.3. Thực hiện mô phỏng các giao thức định tuyến 40 4.3.1. Phân tích kết quả bằng công cụ perl 40 4.3.2. Sử dụng gnuplot để vẽ đồ thị 44 4.4. Đánh giá ảnh hưởng của sự chuyển động của nút mạng đến hiệu suất của các giao thức định tuyến 47 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 53 1. Bảng các trường phụ thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin 53 2. Mô phỏng mạng MANET 56 3. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công 58 4. Thời gian thiết lập kết nối 59 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sự phát triển của mạng không dây và di động 1 Hình 2: Cấu trúc của NS-2 5 Hình 3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2 6 Hình 4: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CD (bên gửi) 11 Hình 5: Chu trình hoạt động của giao thức CSMA/CA (bên gửi) 13 Hình 6: Hoạt động lắng nghe kênh truyền của giao thức CSMA/CA 14 Hình 7: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET 22 Hình 8: Tô-pô mạng thay đổi 23 Hình 9: Quy trình chuyển tiếp gói tin khi sử dụng kíp đa điểm – MPR 24 Hình 10: OLSR ngăn chặn vòng lặp bằng việc sử dụng MPR để chuyển phát gói tin 25 Hình 11: quá trình khám phá tuyến trong AODV 25 Hình 12: Định tuyến nguồn động (DSR) 27 Hình 13: Diện tích mạng mô phỏng và các nút mạng 35 Hình 14: Di chuyển một nút theo mô hình Random Waypoint 37 Hình 15: Di chuyển của 8 nút theo mô hình Random Walk 38 Hình 16: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói thành công – Random Waypoint 44 Hình 18: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk 45 Hình 19: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Waypoint 46 Hình 20: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Walk 46 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Sự phát triển của chuẩn 802.3 10 Bảng 2: Sự phát triển của chuẩn 802.11 12 Bảng 3: Cấu trúc tệp vết 31 Bảng 4: Các trường thêm vào trong cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin 32 Bảng 5: Cấu hình mạng mô phỏng 36 Bảng 6: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint 41 Bảng 7: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Walk 42 Bảng 8: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Waypoint 43 Bảng 9: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Walk 43 Bảng 10: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint 44 Bảng 11: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk 45 BẢNG CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AODV Adhoc On-demand Distance Vector MANET Mobile Adhoc NETwork CSMA/CA Carrier sense multiple access with collision avoidance MPR Multi-Point Relays CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection NS-2 Network Simulator 2 DARPA Defense Advanced Research Projects Agency OLSR Optimized Link State Routing Protocol DSDV Destination-Sequenced Distance Vector PRnet Packet Radio Network DSR Dynamic Source Routing RREP Route Reply IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers RREQ Route Request LAN Local Area Network TORA Temporally-Ordered Routing Algorithm MAC Media Access Control WLAN Wireless LAN LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS.Nguyễn Đình Việt, người thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm khóa luận. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ths. Đoàn Minh Phương, người đã hướng dẫn tôi trong giai đoạn chuẩn bị nhận đề tài. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy, cô trong trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội. Thầy, cô đã dìu dắt, truyền lại cho chúng tôi không chỉ những kiến thức chuyên ngành mà còn dạy bảo chúng tôi đạo làm người, rèn luyện cho chúng tôi nghị lực, khát vọng vươn lên, phát huy khả năng tư duy sáng tạo trong mọi lĩnh vực. Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn gia đình, bạn bè, những người thân yêu nhất của tôi. Mọi người luôn ở bên cạnh tôi, động viên, khuyến khích tôi vươn lên trong cuộc sống. Hà nội, tháng 5 năm 2010 Phạm Văn Tứ Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET Phạm Văn Tứ 1 K51MMT Chương 1. GIỚI THIỆU 1.1 . Sự ra đời và phát triển của các mạng không dây Mạng không dây được đánh dấu mốc hình thành từ những năm 1887 khi Heinrich Rudolf Hertz chứng minh được thuyết điện từ Maxwell thông qua thực nghiệm. Từ đó đến nay các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hàng loạt phát minh sáng chế góp phần đưa công nghệ mạng không dây không ngừng cải tiến vượt trội về tốc độ truyền nhận dữ liệu. Những năm gần đây nền công nghiệp không dây và di động tăng trưởng mạnh mẽ cả về mặt công nghệ lẫn sự bùng nổ ngày càng nhiều các thiết bị di động, hứa hẹn một kỷ nguyên truyền thông số nở rộ trên nền các mạng không dây và di động. Sự phát triển này được minh họa trên Hình 1 dưới đây. Hình 1: Sự phát triển của mạng không dây và di động [...]... mô phỏng chúng tôi đánh giá ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET Phạm Văn Tứ 8 K51MMT Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET Chương 2 GIAO THỨC MAC CỦA MẠNG LAN VÀ WLAN 2.1 Mạng LAN và mạng WLAN Trong nhưng năm gần đây mạng WLAN đã trở lên phổ biến rộng khắp ở mọi... mạng trong MANET  Xây dựng môi trường mô phỏng, đưa các giao thức định tuyến trong mạng MANET vào mô phỏng thông qua NS-2  Đánh giá ảnh hưởng sự chuyển động của các nút mạng đến hiệu suất của các giao thức định tuyến DSDV, AODV và DSR bằng bộ mô phỏng mạng NS-2 Từ đó đưa ra các nhận xét so sánh giữa ba giao thức Phạm Văn Tứ 4 K51MMT Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của. .. (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 chủ ứng Phạm Văn Tứ 20 K51MMT Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET Các giao thức định tuyến phản ứng thiết lập tuyến dựa theo từng yêu cầu kết nối... hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET 3.2 Vấn đề định tuyến trong mạng MANET 3.2.1 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 sẻ gửi bảng định tuyến của mình cho tất cả các router được nối trực tiếp với nó Các router... quân sự Khóa luận 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 đánh giá ảnh hưởng sự di động của các nút mạng ở các mức độ khác nhau đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến 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 mô hình chuyển động của nút mạng. .. K51MMT Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET những thông tin này nút sẽ xây dựng lên bảng định tuyến của nó và có cái nhìn tổng thể về toàn mạng Dựa vào bảng định tuyến này nó có thể tự tính được đường đi tới các nút khác dựa vào thuật toán tìm đường đi ngắn nhất Khi một nút nhận được một gói tin trùng lặp với cùng số thứ tự nó... động lại một quá trình khám phá tuyến cho đích đó nếu một tuyến vẫn cần thiết [4] Ngoài ra, giao thức này sử dụng bản tin HELLO được phát quảng bá định kỳ bởi một nút để thông báo cho tất cả các nút khác về những nút lân cận của nó Các bản tin Phạm Văn Tứ 26 K51MMT Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET HELLO có thể được sử dụng... Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET 1.4 Tổ chức của KLTN Nội dung khóa luận bao gồm bốn chương như sau: Chương 1: Giới thiệu về sự ra đời và phát triển của các mạng không dây, trình bày tổng quát về bộ mô phỏng mạng NS-2 và nêu lên được mục tiêu nghiên cứu xuyên suốt trong đề tài khóa luận tốt nghiệp này Chương 2: Trình bày các giao. .. hạ tầng mạng bị phá hủy Lúc này mạng Adhoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thông liên lạc với nhau một cách nhanh chóng Phạm Văn Tứ 15 K51MMT Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET Trường học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Adhoc trong trường học, lớp học, thư viện, sân trường,… để kết nối các thiết bị di động (laptop,... Văn Tứ 11 K51MMT Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET 2.3 Chuẩn 802.11 và giao thức CSMA/CA 2.3.1 Chuẩn 802.11 IEEE 802.11 là một tập các chuẩn do tổ chức IEEE quy định về truyền thông máy tính trong mạng LAN không dây ở các dải tần số: 2.4 GHz, 3.6 GHz và 5 GHz Chuẩn 802.11 bao gồm các kỹ thuật điều biến tín hiệu “truyền qua không . ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET. Khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức. nữa các giao thức định tuyến để mạng đạt được hiệu quả hoạt động tốt hơn. Khóa luận nghiên cứu ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong mạng. sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút mạng đến hiệu suất của một số giao thức định tuyến trong MANET Phạm Văn Tứ 1 K51MMT Chương 1. GIỚI THIỆU 1.1 . Sự ra đời và phát triển của các mạng