nghiÊn cỨu nÂng cao hiỆu nĂng giao thỨc ĐỊnh tuyẾn...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ THANH TÂM

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG GIAO THỨC

ĐỊNH TUYẾN AODV CHO MẠNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội, tháng 12 năm 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ THANH TÂM

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG GIAO THỨC

ĐỊNH TUYẾN AODV CHO MẠNG MANET

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

Mã số: 60.48.15

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Lê Anh Ngọc


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày

trong luận văn được thu thập trong quá trình nghiên cứu là trung thực chưa từng được

ai công bố trước đây.


Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thanh Tâm

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa ........................................................................................................

Lời cam đoan .........................................................................................................

Mục lục ...................................................................................................................

Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................................

Danh mục các bảng, lưu đồ ..............................................................................................

Danh mục các hình vẽ ......................................................................................................

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET ............................................ 3

1.1. Giới thiệu chung về mạng MANET ............................................................. 3

1.1.1. Khái niệm cơ bản ......................................................................................... 3

1.1.2. Lịch sử phát triển .......................................................................................... 4

1.2. Đặc điểm của mạng MANET ....................................................................... 4

1.3. Kiểu kết nối và chế độ hoạt động ................................................................. 5

1.3.1. Các kiểu kết nối topo mạng .......................................................................... 5

1.3.2. Chế độ hoạt động.......................................................................................... 6

1.4. Phân loại mạng MANET .............................................................................. 7

1.4.1. Theo giao thức .............................................................................................. 7

1.4.2. Theo chức năng ............................................................................................ 8

1.5. Ứng dụng của mạng MANET ...................................................................... 9

1.5.1. Lĩnh vực quân sự .......................................................................................... 9

1.5.2. Nội bộ ......................................................................................................... 10

1.5.3. Personal Area Network (PAN) .................................................................. 10

1.5.4. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe ..................................... 11

1.5.5. Ứng dụng trong tìm kiếm, cứu trợ ............................................................. 11

1.6. Kết luận chƣơng 1 ....................................................................................... 11

CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG GIAO THỨC

AODV CHO MẠNG MANET .......................................................................... 13

2.1. Một số thuật toán định tuyến cơ bản trong mạng MANET .................... 13

2.1.1. Thuật toán Vectơ khoảng cách (Distance Vector) ..................................... 13

2.1.2. Thuật toán trạng thái liên kết (Link State) ................................................. 14

2.2. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET ....................... 15

2.2.1. Giao thức định tuyến theo bảng ghi (Table-Driven Routing Protocol) ..... 16

2.2.2. Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu (On-Demand Routing

Protocol) ............................................................................................................... 16

2.2.3. Giao thức định tuyến kết hợp (Hybrid Routing Protocol) ......................... 17

2.3. Một số giao thức định tuyến cơ bản trên mạng MANET ........................ 17

2.3.1. Giao thức DSDV (Destination Sequence Distance Vector) ..................... 17

2.3.2. Giao thức DSR (Dynamic Source Routing) ............................................... 18

2.4. Giao thức định tuyến AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector) ... 25

2.4.1. Cơ chế khám phá tuyến (Route Discovery) ............................................... 25

2.4.2. Cơ chế duy trì thông tin định tuyến (Route Maintenance) ........................ 28

2.5. Giao thức cải tiến N-AODV ....................................................................... 29

2.5.1. Giới thiệu N-AODV ................................................................................... 30

2.5.2. Cơ chế hoạt động của N-AODV ................................................................ 31

2.5.3. Chi phí cho toàn bộ gói tin điều khiển ....................................................... 34

2.6. Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 35

CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIAO THỨC AODV

CẢI TIẾN CHO MẠNG MANET .................................................................... 36

3.1. Thiết lập mô phỏng mạng MANET trong NS-2 ....................................... 36

3.1.1. Tạo các node mạng trong MANET ............................................................ 36

3.1.2. Hoạt động của node di động ....................................................................... 38

3.1.3. Cấu hình node di động trong NS-2 ............................................................ 39

3.1.4. Tạo sự di chuyển của node trong NS-2 ...................................................... 40

3.1.5. Tạo các đường truyền không dây (air interface) trong MANET ............... 41

3.1.6. Tạo ngữ cảnh chuyển động ........................................................................ 42

3.1.7. Tạo diện tích mô phỏng .............................................................................. 42

3.1.8. Tạo các thực thể giao thức và các nguồn sinh lưu lượng ........................... 43

3.1.9. Tạo các dạng chuyển động theo mẫu ......................................................... 44

3.2. Cài đặt giao thức N-AODV trên NS-2 ....................................................... 46

3.2.1. Cài đặt giao thức N-AODV ........................................................................ 46

3.2.2. Tích hợp N-AODV vào trong bộ NS-2 ...................................................... 46

3.3. Tiến hành mô phỏng, đánh giá kết quả ........................................................ 47

3.3.1. Thiết lập các thông số mô phỏng ................................................................... 47

3.3.2. Kịch bản mô phỏng ...................................................................................... 50

3.3.3. Các độ đo được dùng đánh giá hiệu năng .................................................. 53

3.3.4. Kết quả mô phỏng, đánh giá ...................................................................... 54

3.4. Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................... 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 66

PHỤ LỤC ............................................................................................................ 67

1. Kịch bản TCL thực hiện mô phỏng cho mạng MANET ............................ 67

2. Kịch bản AWK phân tích kết quả mô phỏng .............................................. 69

3. Mã nguồn N-AODV ....................................................................................... 71

BẢNG KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Ý nghĩa

MANET Mobile Ad-hoc NETwork

DSDV Destination Sequenced Distance Vector

TORA Temporally Ordered Routing Algorihm

DSR Dynamic Source Routing

OLSR Optimized Link State Routing

AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector

SUSAN Adaptive Survivable Network

DARPA Defense Advanced Research Projects Agency

IETF Internet Engineering Task Force

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

LSA Link State Advertisment

LSDB Link State Database

WRP Wireless Routing Protocol

GSR Global State Routing

CBRP Cluster Based Routing Protocol

ZPR Zone Routing Protocol

ZHLS Zone-based Hierarchical Link State Routing Protocol

RREQ Route Request

RREP Route Reply

RRER Route Error

DCF Distributed Coordination Function

DANH MỤC CÁC BẢNG, LƢU ĐỒ

Bảng 2.1. Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 1 .................................. 22




Bảng 3.1. Các tham số của mô hình Random Waypoint .............................................. 45

Bảng 3.2. Các tham số cố định trong mô phỏng .......................................................... 49

Bảng 3.3. Các tham số mô phỏng khi vận tốc chuyển động chậm ............................... 49

Bảng 3.4. Các tham số mô phỏng khi vận tốc chuyển động nhanh.............................. 49

Bảng 3.5. Các tham số mô phỏng khi vận tốc thay đổi ................................................ 50

Lưu đồ 2.1. Cơ chế xử lí khám phá tuyến tại node của DSR ...................................... 20

Lưu đồ 2.2. Cơ chế xử lí khám phá tuyến tại node của AODV .................................. 27

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Minh họa mạng MANET.............................................................................. 3

Hình 1.2. Biểu đồ mạng MANET ................................................................................ 4

Hình 1.3. Mạng máy chủ di động ................................................................................. 5

Hình 1.4. Hình minh hoạ mạng có các thiết bị di động không đồng nhất . .................. 6

Hình 1.5. Chế độ IEEE-ad hoc .................................................................................... 6

Hình 1.6. Chế độ cơ sở hạ tầng. ................................................................................... 6

Hình 1.7. Single-hop ..................................................................................................... 7

Hình 1.8. Multi-hop ..................................................................................................... 7

Hình 1.9. Mô hình mạng phân cấp ............................................................................. 8

Hình 1.10. Mô hình mạng Aggregate. .......................................................................... 9

Hình 1.11. Minh họa mạng di động tùy biến trong quân sự . ....................................... 10

Hình 1.12. Ứng dụng PAN . ......................................................................................... 11

Hình 2.1. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET ............................ 16

Hình 2.2. Mô hình mạng MANET gồm 12 node ........................................................ 21

Hình 2.3. Node S phát gói tin RREQ đến các node lân cận A, E, F ............................ 22

Hình 2.4. Node A, F phát gói tin RREQ đến các node F, B, A, K, G .......................... 22

Hình 2.5. Node B, K, G phát gói tin RREQ đến các node C, G, H, K ......................... 23

Hình 2.6. Node H, C phát gói tin RREQ đến các node lân cận I, D, J ......................... 23

Hình 2.7. Node D phát gói tin RREP về node S theo đường đã khám phá ................. 24

Hình 2.8. Minh họa cơ chế duy trì thông tin định tuyến ............................................. 25

Hình 2.9. Các trường trong gói tin RREQ ................................................................... 26

Hình 2.10. Các trường trong gói tin RREP .................................................................. 28

Hình 2.11. Lỗi chuyển phát RREP ............................................................................... 30

Hình 2.12. Định dạng gói tin RREQ. ........................................................................... 32

Hình 2.13. Định dạng gói tin R-RREQ. ....................................................................... 32

Hình 2.14. Chuyển gói tin R-RREQ từ node đích tới node nguồn . ............................ 33

Hình 3.1. Cấu trúc của bộ NS-2 . ................................................................................. 36

Hình 3.2. Cấu tạo node di động mô phỏng trong NS-2 ................................................ 37

Hình 3.3. Các mô hình truyền thông trong NS-2 ......................................................... 43

Hình 3.4. Di chuyển của một node theo mô hình Random Waypoint ......................... 45

Hình 3.5. Giao diện khi chạy lệnh “make” tạo file đối tượng . .................................... 46

Hình 3.6. Dịch N-AODV ra file đối tượng mô phỏng . ............................................... 47

Hình 3.7. Một phần nội dung file kịch bản di chuyển sinh tự động ........................... 48

Hình 3.8. Một phần nội dung file lưu lượng mạng sinh tự động ................................ 48

Hình 3.9. Giao diện mô phỏng trên NS-2 với Nam ..................................................... 53

Hình 3.10. Thực thi awk script để phân tích kết quả file trace .................................... 54

Hình 3.11. Kết quả phân tích file trace ........................................................................ 55

Hình 3.12. Biểu đồ phần trăm gói tin được phân phát thành công . ............................. 56

Hình 3.13. Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình của các gói dữ liệu ................................... 56

Hình 3.14. Biểu đồ thông lượng dữ liệu trung bình . ................................................... 57

Hình 3.15. Biểu đồ tải định tuyến chuẩn hóa . ............................................................. 57

Hình 3.16. Biểu đồ phần trăm gói tin được phân phát thành công ............................... 58

Hình 3.17. Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình của các gói dữ liệu . ................................. 59



Hình 3.20. Biểu đồ phần trăm gói tin được phân phát thành công . ............................. 61

Hình 3.21. Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình của các gói dữ liệu . ................................. 61



66

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Anh

[1]. Arun Kumar B. R, Lokanatha C. Reddy, Prakash S. Hiremath (2008),

Performance Comparison of Wireless Mobile Ad Hoc Network Routing Protocols,

International Journal of Computer Science and Network Security, VOL.8 No.6.

[2]. Geetha Jayakumar, Gopinath Ganapathy (2007), Performance Comparison of

Mobile Ad Hoc Network Routing Protocol, International Journal of Computer Science

and Network Security, VOL.7 No.11.

[3]. Georgy Sklyarenko (2005), AODV Routing Protocol, Seminar Technische

Informatik, Takustr. 9, D-14195 Berlin, Germany.

[4]. Stefano Basagni, Marco Conti, Silvia Giordano, Ivan Stojmenovic (2004), Mobile

Ad Hoc Networking, Copyright © 2004 by the Institute of Electrical and Electronics

Engineers.

[5]. Subir Kumar Sarkar, T G Basavaraju, C Puttamadappa (2008), Ad Hoc Mobile

Wireless Network, Copyright © 2008 by Taylor & Francis Group, LLC

[6]. Tao Lin (2004), Mobile Ad Hoc Network Routing Protocols: Methodologies and

Applications, Blacksburg, Virginia.

[7]. Yinfei Pan, Suny Binghamton (2006), Design Routing Protocol Performance

Comparison in NS2: AODV comparing to DSR as Example.

[8]. Yu-Chee Tseng, Wen-Hua Liao, Shih-Lin Wu (2002), Mobile Ad Hoc Networks

and Routing Protocols, Handbook of Wireless Networks and Mobile Computing,

Edited by Ivan Stojmenovic´Copyright© 2002 John Wiley & Sons, Inc, Chapter 17.

[9]. G. Jose Moses, D. Sunil Kumar, Prof.P.Suresh Varma and N.Supriya (2012), “A

Simulation Based Study of AODV, DSR, DSDV Routing Protocols in MANET Using NS-

2” International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software

Engineering, Volume 2, Issue 3.

[10]. Neerja Khatri, Arvind Kumar (2012), “”Analysing Performance of AODV routing

protocol in MANET – A survey”, International Journal of Engineering Research &

Technology (IJERT), ISSN: 2278-0181, Vol. 1 Issue 3.

[11]. NS, The UCB/LBNL/VINT Network Simulator (NS),

http://www.isi.edu/nsnam/ns/, 2004.

nghiÊn cỨu nÂng cao hiỆu nĂng giao thỨc ĐỊnh tuyẾn...

Documents