Giao thức định tuyến nguồn động dsr, giải pháp định tuyến cho mạng hình lưới không dây wmn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -----------o0o----------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN NGUỒN ĐỘNG DSR, GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY WMN Sinh viên thực hiện: VŨ ĐỨC HÙNG MSSV:02DHTH086 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐỨC QUANG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2008 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN NGUỒN ĐỘNG DSR, GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY WMN NỘI DUNG „ GIỚI THIỆU „ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Đầu chương ta nêu bật lên những ưu điểm cũng như những đặc thù của mạng hình lưới không dây (WMN: Wireless Mesh Network) so với các công nghệ mạng không dây khác. Tiếp đến ta tìm hiểu những thách thức về kiến trúc, và việc ứng dụng các công nghệ vật lí mà WMN đặt ra khi thiết kế và triển khai WMN trong thực tiễn. Cuối chương ta sẽ lướt sơ qua một vài mô hình ứng dụng của mạng WMN trong thực tế „ CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT Ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về các kiến trúc của mạng hình lưới không dây như: mạng Backbone-WMN, mạng Backbone-WMN với người sử dụng cuối ….và nêu ra một vài cấu hình mạng cơ bản. Đặc biệt ta sẽ tìm hiểu về hai chuẩn công nghệ phổ biến hiện nay trong WMN là chuẩn IEEE802.11s dành cho mạng không dây cục bộ (WLAN) và chuẩn IEEE801.16 dành cho mạng không dây đô thị (WMAN). Một phần không thể thiếu để đảm bảo sự hoạt động của mạng đó là giao thức mạng, chương này ta sẽ tìm hiểu hai loại giao thức định tuyến cơ bản được sử dụng trong WMN là giao thức định tuyến theo yêu cầu (reactive) và giao thứ định tuyến theo bảng ghi (proactive) và một loại giao thức lai của hai loại giao thức này đó là HWMP. Cuối chương ta sẽ thảo luận một vấn đề nóng bỏng đó là an ninh, bảo mật trong truyền thông của các mạng không dây tùy biến ngày nay, đặc biệt là mạng hình lưới không dây. NỘI DUNG (TT) „ CHƯƠNG 3: GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN Chương này ta sẽ tập trung vào tìm hiểu giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing), giải pháp định tuyến cho mạng hình lưới không dây WMN. Tìm hiểu về hai cơ chế hoạt động của giao thức: cơ chế phát hiện đường truyền (RD: Route Discovery) và cơ chế duy trì đường truyền (RM: Route Maintenace). Trong mỗi cơ chế ta sẽ tìm hiểu những đặc điểm riêng biệt của từng cơ chế, và sự tác động tương hổ của các đặc điểm này, để hai cơ chế có thể phối hợp hoạt động với nhau một cách có hiệu quả, và trở thành hai động cơ mạnh mẻ cấu thành giao thức. Ngoài ra, ta sẽ tìm hiểu thêm về các đặc điểm mở rộng của giao thức DSR như: các khái niệm về cấu trúc dữ liệu trong việc truyền các thông điệp định tuyến, việc mở rộng trạng thái lưu lượng của giao thức... Liệt kê một vài các hằng số và biến cấu hình của giao thức. „ CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM. Ta sẽ xây dựng một kịch bản mô phỏng một mạng hình lưới không dây WMN trong thực tiễn sử dụng giao thức truyền thông DSR làm giao thức định tuyến. Và ta sẽ minh họa mô hình này trên công cụ mô phỏng giao thức mạng NS2 (Network Simulator version 2). „ KẾT LUẬN GIỚI THIỆU „ Sự phát triển của các thiết bị hổ trợ công nghệ không dây: PDA, laptop… „ Yêu cầu về việc mở rộng mạng và thay đổi công nghệ không dây. „ Công nghệWiMAX: Với ưu điểm về tốc độ truyền cao và phạm vi phủ sóng rộng, WiMAX là lựa chọn số một cho các ứng dụng mạng không dây có số lượng người sử dụng lớn, cung cấp đồng thời nhiều dịch vụ khác nhau (thoại, video, Internet) trên cùng một đường truyền không dây. Tuy nhiên, với các ứng dụng mạng có phạm vi vừa và nhỏ, công nghệWiMAX không phải là một giải pháp phù hợp do giá thành thiết bị đầu cuối cao, chi phí thiết lập mạng lớn . „ Công nghệWLAN (Wireless LAN): Trong các ứng dụng mạng không dây phạm vi vừa và nhỏ, công nghệWLAN (IEEE 802.11) vẫn là một giải pháp hoàn toàn phù hợp về đặc điểm kỹ thuật cũng như chi phí sử dụng. Tuy nhiên, do hạn chế về tầm phủ sóng, công nghệWLAN truyền thống không thể đáp ứng được các ứng dụng cần mở rộng mạng. „ Công nghệWMN (Wireless Mesh Network): Kỹ thuật mạng hình lưới không dây WMN có thể được coi là một giải pháp tốt cho vấn đề đặt ra, nhằm mở rộng phạm vi phủ sóng cho các mạng WLAN chuẩn. Dựa trên các thiết bị có sẵn của WLAN cùng với một số cải tiến về cả phần cứng, phần mềm; xây dựng giao thức truyền thông mới, kỹ thuật mạng hình lưới không dây có thể cải thiện đáng kể tầm phủ sóng của mạng ban đầu. Với các ưu điểm như: có khả năng tự tổ chức, tự cấu hình, tự hàn gắn, triển khai nhanh chóng, bảo trì dể dàng, chi phí thấp, và dịch vụ đáng tin cậy GIỚI THIỆU (tt) „ Thành phần WMN:WMN bao gồm các client mắt lưới và các router mắt lưới, trong đó các router mắt lưới đóng vai trò như một trục xương sống/cơ sở hạ tầng không dây và liên kết với các mạng có dây để cung cấp sự kết nối internet không dây đa hop cho các client mắt lưới. „ Ứng dụng WMN: công nghệ mạng hình lưới không dây cũng rất có tiềm năng ứng dụng và hổ trợ trong các lĩnh vực như: mạng tế bào, mạng gia đình, mạng doanh nghiệp, mạng truyền thông và các mạng hệ thống vận tải thông minh. „ Giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing): với ưu điểm đơn giản, hiệu quả cao, và tiết kiệm băng thông, được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong mạng tùy biến không dây đa hop. Nó có khả năng tự tổ chức, tự cấu hình hoàn toàn mà không cần tới bất kì sự quản trị mạng hoặc cơ sở hạ tầng nào. „ Cơ chế hoạt động của DSR: DSR hoạt động hoàn toàn theo yêu cầu (on-demand) và dựa trên hai cơ chế chính: phát hiện đường truyền (Route Discovery: RD) và duy trì đường truyền (Route Maintenance: RM). „ Ưu điểm của DSR: giao thức cho phép nơi gởi lựa chọn và điểu khiển các tuyến đường để tìm một tuyến đường tốt nhất trong các tuyến đường phức hợp mà nó lưu trử để đi đến đích, cho phép việc truyền cân bằng tải (load-balancing)… GIỚI THIỆU (tt) „ Ngoài ra, nó còn hổ trợ các mạng chứa các liên kết một chiều, hổ trợ các thuật toán chống lặp định tuyến, sử dụng trạng thái mềm (soft state) trong định tuyến, và nhanh chóng phục hồi trước những thay đổi của mạng (tăng số hop truy nhập, lỗi nút, lỗi định tuyến…). .. tất cả các điểm trên đã làm cho DSR trở nên mạnh mẽ, đáng tin cậy và trở thành một giao thức mạng đầy hứa hẹn. „ Mục tiêu của đồ án: Nghiên cứu về giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing), tìm hiểu được các cơ chế hoạt động của nó và việc triển khai thực tế của giao thức trên các mạng hình lưới không dây WMN (Wireless Mesh Network). Nêu bật lên được những khó khăn, thách thức trong việc triển khai và thiết kế kiến trúc cho mạng WMN. Đồng thời chỉ ra được những ưu điểm, đặc thù riêng biệt của công nghệ mạng hình lưới không dây so với các loại mạng không dây truyền thống khác. Cuối cùng ta sẽ cài đặt một mô hình để minh họa việc triển khai DSR trong mạng WMN trên công cụ mô phỏng mạng NS2 (Network Simulator version 2). MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY WMN. (WIRELESS MESH NETWORK) GIỚI THIỆU NHỮNG ƯU ĐIỂM VÀ ĐẶC THÙ CỦA WMN „ GIỚI THIỆU: „ WMNs bao gồm những máy khách (clients) mắt lưới và các router mắt lưới như trong hình bên. Trong cấu trúc này, thông qua các router mắt lưới tĩnh dạng trục xương sống (backbone) không dây, những máy khách mắt lưới truy xuất đến mạng internet(hoặc một mạng bất kì được tích hợp với WMN) có chất lượng tốt như truy xuất trực tiếp giữa các mắt lưới với nhau „ Thông qua các chức năng cầu nối (bridge) và cổng vào (gateway) của các router mắt lưới cho phép sự tích hợp của những mạng hình lưới không dây với những mạng không dây có sẳn khác, như mạng cảm biến không dây, mạng wi-fi, và WiMax „ ƯU ĐIỂM: „ Sự tăng độ tin cậy. „ Chi phí cài đặt thấp „ Vùng phủ sóng rộng „ Sự kết nối mạng tự động NHỮNG VẦN ĐỀ ĐẶT RA VÀ THÁCH THỨC TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC CHO WMN „ Mặc dù so với mạng không dây truyền thống mạng hình lưới không dây mang lại một số ưu điểm nhưng vẫn tồn tại một vài vấn đề và thách thức được đặt ra khi thiết kế kiến trúc mạng: „ Sự lên kế hoạch mạng. „ Sự dự phòng mạng. „ Sự tích hợp mạng. „ Khả năng thực thi và tích hợp của các mạng hỗn tạp. „ Sự an toàn mạng. „ Khả năng thay đổi. „ Kết nối mạng tự động và khả năng tự cấu hình. „ Những yêu cầu về chất lượng dịch vụ của các mạng hỗn tạp. „ Sự hỗ trợ về di động. „ Các công cụ quản lí mạng. CÁC KIẾN TRÚC TRONG WMN. „ Mạng hình lưới không dây xương sống „ Mỗi trạm cơ bản (Base Station: BS) cũng hoạt động như một thiết bị chuyển tiếp không dây để chuyển tiếp lưu thông của trạm cơ bản lân cận tới cửa ngỏ (gateway) trung tâm. „ Các trạm cơ bản có thể đồng thời tích hợp các công nghệ truy xuất sóng vô tuyến như 2G/3G/WLAN/4G để cung cấp các dịch vụ âm thanh và dữ liệu tốc độ cao. „ Triển khai nhiều gateway hơn trong WMNs có thể cải thiện không chỉ khả năng mạng mà còn tăng độ tin cậy. Điều này có nghĩa là, nếu một cửa ngỏ bị lỗi, sự lưu thông vẫn có thể được phân phối bởi các cửa ngỏ và đường truyền khác CÁC KIẾN TRÚC TRONG WMN (tt) „ Mạng hình lưới không dây xương sống với người sử dụng cuối. „ Trong hình bên cả trạm cơ bản và người sử dụng cuối đóng một vai trò của sự chuyển tiếp không dây để chuyển tiếp lưu thông của các nút lân cận. Điều đó có nghĩa là, những người sử dụng cuối cũng có khả năng định tuyến và tự tổ chức. „ Người sử dụng cuối trong mạng WMNs có thể cải thiện sự bao phủ của trạm cơ bản và sự kết nối mạng, bằng cách này giảm được chi phí cơ sở hạ tầng do cần ít trạm cơ bản hơn. „ Nhưng vấn đề di động trong WMNs của người sử dụng cuối đang là một thách thức, do hình thái (topology) mạng và sự kết nối sẽ thay đổi thường xuyên khi người sử dụng di chuyển. CÁC KIẾN TRÚC TRONG WMN (tt) „ Mạng hình lưới không dây chuyển tiếp. „ Các trạm chuyển tiếp trong WMNs này hoạt động như BS/AP (Base Station/Access Point) ít quan trọng, cho phép một thiết kế tiết kiệm cho sự chuyển tiếp. Những hệ thống chuyển tiếp có thể tận dụng những sự phối hợp khuếch đại và chuyển tiếp (amplify- and-forward) hoặc giải mã và chuyển tiếp (decode-and-forward). „ Trạm chuyển tiếp có thể là các router, cầu nối hoặc thiết bị lặp tín hiệu số, tất cả chúng sẽ mã hóa hoăc giải mã hoàn toàn những tín hiệu nhận được trước khi chuyển tiếp. „ Mục tiêu của những nút chuyển tiếp được triển khai là mở rộng sự bao phủ thật tốt để cải thiện số người sử dụng đầu vào, làm tăng khả năng liên kết giửa trạm chuyển tiếp và người sử dụng. Khi đó, những mục tiêu của tốc độ truyền tải dữ liệu đồng dạng và mạnh mẽ trong mạng không dây có thể đạt được với sự tiết kiệm chi phí hơn. CÁC CHUẨN TRONG WMN „ Công nghệ mạng hình lưới theo chuẩn IEEE802.11s. „ Chuẩn IEEE802.11s nhằm định nghĩatầng vật lí (PHY) và các giao thức tầng MAC (Media Access Control) cho mạng cục bộ không dây (WLAN). „ Chuẩn IEEE802.11s chia các nút thành hai lớp: những điểm hình lưới (MPs: Mesh Points) là những nút hổ trợ dịch vụ hình lưới không dây, như lựa chọn và chuyển tiếp định tuyến mắt lưới, trong khi những nút không phải mắt lưới là những trạm (STAs) client thuần túy. Ngoài ra những dịch vụ mắt lưới, điểm truy xuất hình lưới (Mesh Access Point: MAP) cũng cung cấp các dịch vụ truy xuất không dây. „ Các trạm client ( STAs) thuần túy không tham gia trong WLAN hình lưới, nhưng chúng có thể liên kết với APs mắt lưới để kết nối tới những mạng hình lưới. WLAN hình lưới có thể kết nối tới những mạng khác bằng cổng chính mắt lưới (Mesh Portals:MPP ). Những mắt lưới WLAN phức hợp cũng có thể được kết nối bằng MPP CÁC CHUẨN TRONG WMN (tt) „ Công nghệ mạng hình lưới theo chuẩn IEEE802.16: Chuẩn WMAN 802.16 nhằm định nghĩa những giao thức tầng vật lí và MAC để cung cấp các dịch vụ không dây băng thông rộng trong khu vực thành phố. „ Hình bên trình bày một ví dụ của mạng IEEE802.16. trong hình, SS trong kiểu PMP phải kết nối trưc tiếp tới BS. Trái lại, SS có thể truyền thông với các SS lân cận trong kiểu hình lưới. Xa hơn nữa, SS trong kiểu hình lưới có thể hoạt động như trạm chuyển tiếp để chuyển tiếp lưu thông của nút khác về phía BS trung tâm. Do đó, vùng bao phủ của BS có thể được mở rộng, để chi phí cơ sở hạ tầng được giảm về cơ bản. „ Tuy nhiên, kiểu mạng lưới đã phát triển hiện tại trong chuẩn IEEE802.16 không thích hợp với kiểu PMP ban đầu, Ngoài ra, kiểu hình lưới không hổ trợ tính di động của SS. Do đó, nhóm làm việc IEEE802.16 (Working Group) thiết lập nhóm nghiên cứu (Study Group) sự chuyển tiếp đa hop di động (MMR), và tạo ra 802.16j TG. Khác với kiểu hình lưới, kiểu MMR trong sự mở rộng IEEE802.16j tập trung vào cung cấp một cách có hiệu quả những kết nối chuyển tiếp đa hop giửa các trạm di động (MS)/các trạm thuê bao (SS) và trạm cơ bản (BS) với một topo hình cây. ĐỊNH TUYẾN VÀ BẢO MẬT TRONG WMN „ Có rất nhiều giao thức định tuyến trong mạng di động không dây tuỳ biến. Song nhìn chung có 2 phương thức chính, đó là: Kiểu định tuyến điều khiển bằng bảng ghi và Kiểu định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn. „ Phương pháp định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn: Phương pháp này chỉ tạo ra các tuyến khi nút nguồn cần đến. Khi một nút yêu cầu một tuyến đến đích, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến. Quá trình này chỉ hoàn tất khi đã tìm ra một tuyến sẵn sàng hoặc tất cả các tuyến khả thi đều đã được kiểm tra. Khi một tuyến đã được khám phá và thiết lập, nó được duy trì bởi một số dạng thủ tục cho đến khi hoặc là tuyến đó không thể truy nhập được từ nút nguồn hoặc là không cần thiết đến nó nữa. Các phương pháp điều khiển theo bảng ghi: cố gắng duy trì thông tin định tuyến cập nhật liên tục từ mỗi nút đến mọi nút khác trong mạng. Các giao thức này yêu cầu mỗi nút duy trì một hoặc nhiều bảng ghi để lưu trữ thông tin định tuyến, và chúng đáp ứng những thay đổi trong topo mạng bằng cách phát quảng bá rộng rải các thông tin cập nhật tuyến qua mạng để duy trì tầm kiểm soát mạng một cách liên tục. Những vùng nào khác nhau về số các bảng ghi liên quan đến định tuyến cần thiết và các phương thức thay đổi cấu trúc mạng sẽ được phát quảng bá để cho tất cả mọi nút đều có thể biết được. ĐỊNH TUYẾN VÀ BẢO MẬT TRONG WMN (tt) „ Những thách thức và mục tiêu bảo mật : Cho bất kì ứng dụng nào ( không nhất thiết trên mạng WMN ), một vài mục tiêu sau đây được yêu cầu để đảm bảo an ninh: „ Sự riêng tư hay sự bí mật. „ Tính toàn vẹn. „ Tính sẳn sàng. „ Sự thẩm định quyền (xác thực). „ Sự cấp quyền „ Những thách thức bảo mật đặc trưng của mạng hình lưới không dây: „ Đầu tiên, giống như bất kì mạng không dây nào, các phương tiện không dây được chia sẽ làm cho nó dễ bị các kẻ tấn công mở cuộc tấn công làm tắc nghẽn, sự nghe trộm truyền thông giửa các router mắt lưới và xen thông tin độc (mã độc) vào trong phương tiện được chia sẽ. „ Thứ hai, một cơ chế thẩm định quyền được thi hành với sự giúp đở của cơ sở hạ tầng khóa công khai (Public Key Infrastructure:PKI), lá cái yêu cầu một thực thể tin cậy bao trùm để giải quyết vấn đề chứng nhận. Tuy nhiên, nó không thực tế để duy trì một thực thể tin cậy bao trùm trong WMNs. „ Thứ ba, những router mắt lưới được đặt ở ngoài trời, thường trên đỉnh mái nhà hoặc cột đèn giao thông. Chúng không được bảo vệ vật lí như những router hửu tuyến và những điểm truy xuất WLAN. Do đó, nó dể dàng hơn cho những kẻ tấn công chiếm được các router mắt lưới và dành được toàn bộ quyền điều khiển thiết bị. Nếu một router bị điều khiển hoàn toàn bởi những kẻ tấn công, những kẻ tấn công có thể phát động tấn công từ router đó và thông tin được gửi bởi những kẻ tấn công sẽ được xem như đã thẩm định quyền bởi các router khác. Những kế hoạch thầm định quyền bằng mật mã vì thế bị phá vỡ. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN NGUỒN ĐỘNG DSR (DYNAMIC SOURCE ROUTING) TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN NGUỒN ĐỘNG. „ Giao thức định tuyến nguồn động (Dynamic Source Routing:DSR) là một giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong mạng tùy biến không dây đa hop của những nút di động. Sử dụng DSR, mạng có khả năng tự cấu hình và tự tổ chức hoàn toàn, không yêu cầu có sự tồn tại của cơ sở hạ tầng mạng hoặc sự quản trị mạng. Các nút mạng hợp tác để chuyển tiếp các gói dữ liệu cho mỗi nút khác để cho phép sự truyền thông qua nhiều hop giửa các nút không nằm trực tiếp trong phạm vi truyền không dây của một nút khác. Khi các nút trong mạng di chuyển hoặc tham gia hoặc rời mạng, và khi các điều kiện truyền không dây như là các nguồn nhiễu thay đổi, tất cả các tuyến đường được tự động xác định và duy trì bởi giao thức định tuyến DSR. „ Giao thức DSR gồm có hai cơ chế chủ yếu làm việc với nhau cho phép khám phá và duy trì định tuyến nguồn trong mạng tùy biến: „ Phát hiện đường đi RD (Route Discovery): Là cơ chế tìm đường khi nút gốc S muốn gửi gói dữ liệu tới nút đích D nhưng chưa biết đường đi. „ Duy trì đường đi RM (Route Maintenance): Là cơ chế trong đó nút S có khả năng tìm đường mới khi đường truyền đang sử dụng bị gián đoạn do cấu hình mạng đã thay đổi hoặc kết nối giữa các nút trong đường truyền đó không hoạt động. Khi phát hiện ra đường truyền cũ bị đứt, S có thể tìm một đường truyền tới D khác mà nó biết hoặc thực hiện cơ chế RD để tìm ra đường mới. TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN NGUỒN ĐỘNG (tt) „ Trong DSR, mỗi cơ chế duy trì và phát hiện đường truyền hoạt động hoàn toàn “theo yêu cầu” (on demand ). Đặc biệt không giống những giao thức khác, DSR không yêu cầu các gói gởi theo định kì dưới bất kì kiểu nào ở bất kì tầng nào trong mạng, Ví dụ, DSR không sử dụng bất kì sự quảng bá định tuyến theo định kì, khả năng phán đoán trạng thái liên kết, hoặc các gói dò tìm nút lân cận nào, và không phụ thuộc vào các chức năng từ bất kì giao thức cơ sở nào trong mạng. Cách hoạt động hoàn toàn theo yêu cầu này và không có sự hoạt động theo định kì cho phép số các gói dữ liệu xuống mức không, khi tất cả các nút dường như đứng một chổ đối với nhau và tất cả các tuyến đường cần cho truyền thông hiện tại đã được phát hiện. CƠ CHẾ PHÁT HIỆN ĐƯỜNG TRUYỀN RD (ROUTE DISCOVERY). „ Khi một nút S cần gửi một gói tin tới nút đích D, S ghi thứ tự các bước đi trong cả đường đi tới D vào phần thông tin header của gói tin. Thông thường, S sẽ lấy thông tin về đường đi thích hợp tới D bằng cách tìm trong bộ nhớ các đường đi được lưu lại từ những lần đi trước (Route Cache) của nút. Nếu không tìm thấy, S khởi tạo cơ chế RD để tìm đường đi. Trong trường hợp này, S được gọi là gốc (initiator) và D là đích (target) của cơ chế RD. „ Để bắt đầu cơ chế RD, nút A truyền một yêu cầu định tuyến (Route Request: RReq) như một gói tin dạng quảng bá, là thông tin được nhận bởi hầu hết các nút trong phạm vi truyền thông không dây hiện tại của nút A. „ Mỗi yêu cầu định tuyến chứa nhận dạng gốc và đích duy nhất của cơ chế RD. „ Mỗi yêu cầu định tuyến cũng chứa một bản ghi địa chỉ các nút trung gian gọi là bản ghi định tuyến (route record) CƠ CHẾ PHÁT HIỆN ĐƯỜNG TRUYỀN RD (ROUTE DISCOVERY). (tt) „ Khi nút khác nhận yêu cầu định tuyến này (như nút B trong ví dụ), nếu nó là đích của quá trình RD, nó sẽ trả về một phản hồi định tuyến (Route Reply: RRep) tới nút gốc của quá trình RD, kèm theo một bản sao chép của bản ghi định tuyến thu thập được từ yêu cầu định tuyến; khi nút gốc nhận phản hồi định tuyến này, nó lưu trử tuyến đường trong bộ nhớ đệm định tuyến (Route Cache) để sử dụng gởi những gói dữ liệu sau tới đích này. „ Nếu nút này nhận yêu cầu định tuyến mà nó đã thấy thông điệp định tuyến này gần đây từ cùng một gốc mang cùng yêu cầu và địa chỉ đích (cùng một nhận dạng trong header), nút này sẽ loại bỏ yêu cầu định tuyến đó. Mặt khác, nút này sẽ viết thêm vào bảng ghi định tuyến (route record) trong yêu cầu định tuyến (RReq) địa chỉ của chính nó và truyền yêu cầu định tuyến này đi như một gói quảng bá cục bộ (với cùng một yêu cầu) . „ Quá trình gửi trả lại phản hồi định tuyến tới nút gốc của quá trình RD, như trong ví dụ, nút E trả lời lại nút A, nút E sẽ kiểm tra bộ lưu trử định tuyến của nó để tìm một tuyến đường trở về A, và nếu tìm thấy, nó sẽ sử dụng định tuyến nguồn đó để truyền gói dữ liệu chứa bản phản hồi định tuyến. Mặt khác, E có thể thực thi cơ chế RD của nó với đích là A, nhưng để tránh sự đệ qui vô hạn của cơ chế RD, nó phải mang phản hồi định tuyến này trong gói chứa yêu cầu định tuyến của chính nó tới A. „ Nút E có thể đảo ngược một cách đơn giản trật tự của các hop trong bảng ghi định tuyến cái mà nó đang cố gắng gửi trong phản hồi định tuyến, và sử dụng bảng này như định tuyến nguồn trong gói mang phản hồi định tuyến của chính nó. CƠ CHẾ DUY TRÌ ĐƯỜNG TRUYỀN MD (ROUTE MAINTENANCE). „ Khi gửi hoặc chuyển tiếp một gói tin bằng đường truyền xác định được, mỗi nút có trách nhiệm kiểm chứng việc nhận dữ liệu của nút tiếp theo trong đường đi. Gói dữ liệu sẽ được tiếp tục truyền (với một số lần được xác định trước) cho tới khi có xác nhận đã nhận được dữ liệu. „ Ví dụ, trong trường hợp ở hình vẽ bên dưới, nút A khởi tạo một gói tin gởi tới nút E sử dụng một định tuyến nguồn thông qua các nút trung gian B, C, và D: „ Trong trường hợp này, nút A chịu trách nhiệm liên kết từ A tới B, nút B chịu trách nhiệm liên kết từ B tới C, nút C chịu trách nhiệm liên kết từ C tới D, nút D chịu trách nhiệm liên kết từ D tới E. CƠ CHẾ DUY TRÌ ĐƯỜNG TRUYỀN MD (ROUTE MAINTENANCE). „ Một tín hiệu thông báo đã nhận (tín hiệu Ack) có thể xác nhận rằng một liên kết có khả năng truyền dữ liệu, nhưng nếu liên kết giửa hai nút này là đơn hướng, tín hiệu Ack thuộc phần mềm này có thể đi qua một tuyến đường khác, đường dẫn đa hop. „ Nếu không nhận được tín hiệu Ack, nút gởi sẽ truyền một “yêu cầu tín hiệu Ack” tới nút nhận, nhưng sau khi yêu cầu tín hiệu Ack được truyền lại một số lần cực đại, nếu vẫn không nhận được một tín hiệu Ack nào hết, thì nơi gửi sẽ xem xét việc liên kết tới đích hop tiếp theo này hiện tại đã bị “gián đoạn”. Nó có thể xóa liên kết này trong bảng lưu trử định tuyến và có thể trả về một lỗi định tuyến (Route Error) tới mỗi nút mà đã gửi một gói tin định tuyến. „ Ví dụ, trong trường hợp đã được chỉ ra ở trên, nếu C không nhận được một tín hiệu Ack từ D sau một số lần yêu cầu, nó có thể trả về một lỗi định tuyến tới A. Nút A sẽ xóa liên kết bị gián đoạn này trong bộ lưu trử của nó. „ . Nếu A có trong bảng lưu trử định tuyến của nó tuyến đường khác tới E (ví dụ từ những phản hồi định tuyến được thêm vào từ cơ chế RD trước đó của nó, hoặc từ thông tin định tuyến đầy đủ lắng nghe được từ các gói tin khác), nó có thể gửi gói tin sử dụng tuyến đường mới ngay tức thì. Mặt khác, nó có thể thi hành một cơ chế RD mới tới đích này. CÁC ĐẶC ĐIỂM MỞ RỘNG CỦA DSR NHỮNG ĐẶC ĐIỂM MỞ RỘNG CỦA CƠ CHẾ PHÁT HIỆN ĐƯỜNG TRUYỀN RD „ Lưu trử thông tin định tuyến lắng nghe được. Một nút chuyển tiếp hoặc lắng nghe được bất kì gói tin nào có thể thêm tất cả những thông tin định tuyến hữu ích từ gói tin đó vào bộ lưu trử định tuyến của nó. „ Phản hồi lại những yêu cầu định tuyến sử dụng bảng lưu trử các định tuyến. Một nút nhận một yêu cầu định tuyến mà nó không phải là đích đến, nó sẽ tìm trong bảng lưu trử định tuyến của nó một tuyến đường tới đích của yêu cầu. Nếu tìm thấy, nút sẽ trả về một phản hồi định tuyến tới nút nguồn chứ không chuyển tiếp yêu cầu định tuyến. „ Cơ chế ngăn chặn những cơn bão phản hồi định tuyến. Việc các nút phản hồi lại một yêu cầu định tuyến dựa trên thông tin trong các bảng lưu trử định tuyến của chúng, có thể dẫn đến kết quả là một cơn “bão” phản hồi định tuyến trong một số trường hợp. Như ví dụ ở dưới, các nút B,C,D,E và F tất cả đều nhận yêu cầu định tuyến từ nút A để tìm đến đích G, và mỗi nút này đều có tuyến đường được lưu trử chỉ đích này: các nút sẽ cố gắng gửi trả về một RRep do đó làm lãng phí băng thông và có thể có thể là nguyên nhân gây ra tắc nghẽn cục bộ trong mạng không dây và có thể tạo ra các xung đột gói tin giửa một số hoặc toàn bộ các sự phản hồi này nếu giao thức tầng MAC đang sử dụng không cung cấp các biện pháp tránh xung đột đủ mạnh cho các gói tin này. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM MỞ RỘNG CỦA CƠ CHẾ PHÁT HIỆN ĐƯỜNG TRUYỀN RD (tt) Ngoài ra, nó sẽ thường bị rơi vào trường hợp các sự phản hồi khác nhau sẽ chỉ ra các tuyến đường có chiều dài khác nhau. „ Các nút có thể trì hoãn việc gửi các phản hồi định tuyến của chính nó theo một chu kì ngắn, trong khi đang lắng nghe để phát hiện nếu nút nguồn bắt đầu sử dụng một tuyến đường ngắn hơn. Đặc biệt, nút này có thể trì hoãn việc gửi phản hồi định tuyến của nó theo một chu kì ngẫu nhiên: „ d=H*(h-1+r) „ Trong đó h là chiều dài tính theo số hop trong mạng của tuyến đường được trả về trong bản phản hồi định tuyến của nút này, r là một số thực ngẩu nhiên giửa 0 và 1, và H là một hằng số trì hoản nhỏ „ Giới hạn số hop yêu cầu định tuyến. Mỗi thông điệp định tuyến chứa một “giới hạn số hop” là số mà có thể được sử dụng để giới hạn số các nút trung gian cho phép chuyển tiếp bản sao chép của yêu cầu định tuyến. Giới hạn số hop này được thực hiện bằng cách sử dụng vùng thời gian sống (Time-to-Live:TTL) trong tiêu đề của gói tin mang yêu cầu định tuyến. Khi yêu cầu định tuyến được chuyển tiếp, giới hạn này bị giảm bớt đi, và gói tin mang yêu cầu định tuyến sẽ bị loại bỏ nếu giới hạn này giảm xuống tới số 0 trước khi tìm thấy đích đến. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM MỞ RỘNG CỦA CƠ CHẾ DUY TRÌ ĐƯỜNG TRUYỀN MD „ Cứu các gói tin. Khi một nút trung gian chuyển tiếp một gói tin thông qua cơ chế duy trì đường truyền (Route Maintenance: RM) dò ra hop tiếp theo dọc theo tuyến đường truyền của gói tin bị gián đoạn, nếu nút có tuyến đường khác để đến đích của gói tin trong bảng lưu trử định tuyến của nó, nút có thể “cứu” gói tin hơn là loại bỏ chúng. Để cứu một gói tin, nút thay thế tuyến đường nguồn ban đầu trong gói bằng một tuyến đường trong bảng lưu trử định tuyến của nó. Khi cứu một gói tin, một số đếm được duy trì trong gói tin để cho biết số lần gói tin được cứu, để ngăn cản một gói tin đơn khỏi trường hợp được cứu vô tận (vĩnh viễn). Ngoài ra khi nút thông qua cơ chế RM dò tìm ra hop tiếp theo dọc theo tuyến đường truyền một gói tin mà nó đang chuyển tiếp bị gián đoạn, nút cũng có thể trả về một lỗi định tuyến tới nơi gửi ban đầu của gói tin. Nếu nút gởi lỗi định tuyến này, nó có thể khởi tạo lỗi định tuyến trước khi cứu gói tin. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM MỞ RỘNG CỦA CƠ CHẾ DUY TRÌ ĐƯỜNG TRUYỀN MD (tt) „ Sự truyền các gói tin qua một liên kết bị gián đoạn. Khi một nút đang chuyển tiếp một gói tin thông qua cơ chế RM dò tìm ra liên kết của hop tiếp theo dọc theo tuyến đường truyền một gói tin bị gián đoạn, nút có thể xử lí gói tin theo các cách sau: „ Xóa gói tin khỏi bộ nhớ đệm duy trì định tuyến và hàng đợi giao diện mạng. „ Khởi tạo việc truyền một lỗi định tuyến cho gói tin này tới nơi gửi ban đầu (khởi nguồn) của gói tin, nếu khi số lần truyền lại gói tin đó của nút đã đạt đến số lần cực đại. „ Nếu nút có tuyến đường khác tới địa chỉ đích của gói tin trong bộ lưu trử định tuyến của nó, nút có thể cứu gói tin. Mặt khác, nút cũng có thể loại bỏ gói tin. „ Cơ chế rút ngắn đường truyền tự động. „ Các tuyến đường nguồn đang sử dụng có thể được rút ngắn một cách tự động nếu một hoặc nhiều nút trung gian trong tuyến đường trở nên không cần thiết nữa. Ví dụ, hình bên dưới minh họa một ví dụ trong đó nút D đã lắng nghe được một gói dữ liệu đang truyền từ B tới C, để chuyển tiếp sau này tới D và tới E: NHỮNG ĐẶC ĐIỂM MỞ RỘNG CỦA CƠ CHẾ DUY TRÌ ĐƯỜNG TRUYỀN MD (tt) „ Trong trường hợp này, nút này (nút D) có thể trả về một phản hồi định tuyến “không có lí do” tới nơi gửi ban đầu của gói tin (nút A). Sự phản hồi định tuyến mang đến tuyến đường ngắn hơn tuyến đường nguồn ban đầu: (A-B-D-E) „ Sự truyền các thông điệp lỗi định tuyến. Khi một nút nguồn nhận một lỗi định tuyến về gói dữ liệu mà nó đã khởi tạo, nút nguồn này truyền lỗi định tuyến này tới các hàng xóm của nó bằng chèn (piggybacking) nó vào yêu cầu định tuyến tiếp theo của nó. Bằng cách này,thông tin cũ trong bộ lưu trử của các nút xung quanh nút nguồn này sẽ không phát sinh các phản hồi định tuyến chứa cùng liên kết không hợp lệ về tuyến đường mà nút nguồn này đã nhận được lỗi dịnh tuyến. MÔ HÌNH ỨNG DỤNG KỊCH BẢN MÔ PHỎNG „ Chúng ta sẽ dựa vào ứng dụng thực tiễn của mạng hình lưới không dây trong lĩnh vực giao thông công cộng để xây dựng mô hình mô phỏng ứng dụng của giao thức DSR trong mạng WMN của chúng ta.Giả sử rằng: chúng ta có 3 xe ôtô có trang bị các thiết truyền thông không dây (PDA, Laptop…) như hình bên dưới ba xe ôtô này di chuyển ngẩu nhiên trong khu vực thành phố, có sự bao phủ của mạng hình lưới không dây WMN và mạng này sử dụng giao thức định tuyến nguồn động DSR làm giao thức định tuyến của mạng. KỊCH BẢN MÔ PHỎNG (tt) „ Khi các ôtô di chuyển đến khu vực có sự bao phủ của mạng hoặc vùng lắng nghe (hearing range) được của nhau thì chúng bắt đầu thiết lập sự trao đổi dữ liệu với nhau, và khi chúng chuyển động ra xa nhau và ra khỏi vùng bao phủ của mạng và vùng lắng nghe được của chúng thì việc truyền thông giữa chúng bắt đầu bị gián đoạn và các gói tin bị rớt… „ Trên công cụ mô phỏng giao thức mạng NS2 (Network Simulator version 2) sẽ được giới thiệu trong phần phụ lục. Chúng ta sẽ chuyển mô hình của chúng ta thành việc mô phỏng: 3 nút di động (mobilenode) di chuyển ngẫu nhiên trong một mạng hình lưới không dây (WMN) với hình thái mạng (topology) có diện tích khoảng 670x670m và truyền thông với nhau thông qua giao thức định tuyến nguồn động (DSR). „ Các số liệu để nút có thể di chuyển một cách ngẫu nhiên được đọc dữ liệu của một file tạo ra sự chuyển động ngẫu nhiên: scen-3-test „ Lưu lượng lưu thông (traffic flows) hay sự trao đổi gói tin giữa các nút cũng sẽ được lấy dữ liệu từ một file mẫu về lưu lượng: cbr-3-test. Khi đó các lưu lượng UDP và TCP ngẩu nhiên được cài đặt giữa 3 mobilenode. Và các gói dữ liệu sẽ được truyền, chuyển tiếp, hoặc nhận bởi các mobilenode khi chúng ở trong phạm vi lắng nghe được (hearing range) của nhau. Và khi chúng di chuyển ra khỏi phạm vi lắng nghe được của nhau thì các gói tin bắt đầu bị rớt (drop) và các liên kết bắt đầu bị gián đoạn. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG „ Vào giây thứ 33 NODE_0 bắt đầu đầu di chuyển từ vị trí ban đầu có tọa độ ( 83,239,0) tới vị trí mới có tọa độ (90,283,0) với tốc độ di chuyển trung bình khoảng 19.2m/s. „ Vào giây thứ 50 NODE_2 bắt đầu đầu di chuyển từ vị trí ban đầu có tọa độ ( 591,199,0) tới vị trí mới có tọa độ (369,171,0) với tốc độ di chuyển trung bình khoảng 3.4m/s. „ Ngay sau đó một giây, vào giây thứ 51 NODE_1 bắt đầu đầu di chuyển từ vị trí ban đầu có tọa độ ( 257,345,0) tới vị trí mới có tọa độ (222,81,0) với tốc độ di chuyển trung bình là 14.9m/s. „ Và vào khoảng giây thứ 116 tất cả các nút di đã di chuyển đến vị trí đích của mình và quá trình di chuyển của các nút tạm dừng, lúc này quá trình truyền thông giữa các nút bắt đầu được khởi tạo. Nhưng do công cụ mô phỏng NS2 và chương trình minh họa bằng hình ảnh NAM (Network Animation) vẫn chưa hổ trợ việc minh họa bằng hình ảnh mà ta có thể thấy được của quá trình trao đổi thông tin và sự di chuyển của các gói dữ liệu. Nên ta chỉ có thể minh họa sự truyền thông của các nút thông qua code của chương trình (file cbr-3-test). „ # „ # tạo ra một kết nối UDP giữa hai nút 0 và 2 với nút nguồn truyền dữ liệu là nút 0 „ # vào giây thứ 127.93 „ # „ set udp_(0) [new Agent/UDP] ;#tạo ra một agent kiểu UDP „ $ns_ attach-agent $node_(0) $udp_(0) ;# gán agent UDP này cho nút 0 „ set null_(0) [new Agent/Null] ;# tạo ra một agent rổng „ $ns_ attach-agent $node_(2) $null_(0) ;# gắn một agent rổng này vào nút 2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG (tt) „ set cbr_(0) [new Application/Traffic/CBR] ;#tạo ra một lưu lượng với: „ $cbr_(0) set packetSize_ 512 ;# kích thước của gói là 512 Byte „ $cbr_(0) set interval_ 4.0 „ $cbr_(0) set random_ 1 ;# có thể tạo ra lưu lượng ngẩu nhiên „ $cbr_(0) set maxpkts_ 10000 ;# số gói tin tối đa là 10000 gói „ $cbr_(0) attach-agent $udp_(0) ;#gắn lưu lượng vừa tạo cho agent UDP của nút 0 „ $ns_ connect $udp_(0) $null_(0) ;#kết nối nút 0 và nút 2 „ $ns_ at 127.93667922166023 "$cbr_(0) start" „ # „ #tạo ra một kết nối TCP giữa hai nút 1 và 2 với nút nguồn truyền dữ liệu là nút 1 „ # vào giây thứ 150 „ set tcp [new Agent/TCP] ;#tạo ra một agent kiểu TCP „ $tcp set class_ 2 „ set sink [new Agent/TCPSink] „ $ns_ attach-agent $node_(1) $tcp „ $ns_ attach-agent $node_(2) $sink „ $ns_ connect $tcp $sink „ set ftp [new Application/FTP] „ $ftp attach-agent $tcp „ $ns_ at 150.00000000000000 "$ftp start" „ Và cuối cùng chương trình mô phỏng của chúng ta kết thúc vào giây thứ 400. KẾT LUẬN „ Thực tế đã chứng minh với sự ra đời của công nghệ WiMAX, công nghệ WLAN không bị thay thế mà song hành với WiMAX. Hai công nghệ này bổ trợ lẫn nhau: WiMAX cung cấp kết nối không dây diện rộng cho WLAN; WLAN phân phối kết nối của WiMAX đến người sử dụng cuối thông qua hạ tầng mạng có sẵn. Mặc dù còn nhiều vấn đề kỹ thuật cần được khắc phục, kỹ thuật mạng lưới không dây là một giải pháp tốt cho các ứng dụng mạng có phạm vi kết nối vừa và nhỏ, được thiết lập dựa trên hạ tầng mạng WLAN có sẵn. Kỹ thuật này giúp tiết kiệm được chi phí nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu tối thiểu của mạng không dây diện rộng. Mạng hình lưới không dây có thể được ứng dụng để triển khai nhiều dịch vụ thiết thực phục vụ cuộc sống. Tuy nhiên, để kỹ thuật này được phát triển thành chuẩn chính thức và hoạt động thực sự có hiệu quả, cần phải tiến hành nhiều nghiên cứu để hoàn thiện các yếu tố quan trọng, đặc biệt là giao thức truyền thông và bảo mật mạng. „ Giao thức định tuyến nguồn động (DSR) đã thể hiện được những ưu điểm nhất định của một giao thức truyền thông cho mạng không dây như: khả năng tự tổ chức, tự cấu hình, tiết kiệm băng thông (là một yếu tố cốt lỏi cho mạng không dây trong tình trạng băng thông vẫn chưa được mở rộng hiện nay)…nhưng nó cũng còn rất nhiều hạn chế như: thời gian trể cao (do định tuyến theo yêu cầu), vấn đề an toàn của giao thức vẫn còn bỏ ngỏ… Vì vậy khi ứng dụng vào thực tiễn cần phải có những nghiên cứu và thí nghiệm nhiều hơn nữa trước khi có thể đưa nó thành một chuẩn và triển khai rộng rải. KẾT LUẬN (tt) „ Ở Việt Nam khái niệm mạng hình lưới không dây vẫn còn là một khái niệm mới mẻ, và chưa có nhiều công trình đầu tư hay nghiên cứu về nó. Do đó trong quá trình nghiên cứu đề tài này em gặp rất nhiều khó khăn như: thiếu kinh nghiệm, kiến thức ứng dụng về mặt thực tiễn, cũng như triễn khai mô phỏng, minh họa nó. Nhưng với những gì nghiên cứu được và xu thế phát triển của công nghệ không dây trên thế giới, em tin chắc rằng mạng hình lưới không dây sẽ là một công nghệ không dây đầy hứa hẹn trong tương lai và dần dần sẽ thay thế (không hoàn toàn) những công nghệ không dây hiện có để cung cấp các dịch vụ không dây với độ bao phủ rộng, mạnh mẽ và đáng tin cậy, nhưng vẫn đảm bảo chấp nhận được về mặt chi phí (do có thể tận dụng những cơ sở hạ tầng không dây có sẳn như: AP, lap top, PDA hay bất kì thiết bị truy xuất không dây hiện tại nào) khi triển khai ứng dụng rộng rải. Nếu có điều kiện em muốn đề tài của mình có thể mở rộng nghiên cứu sâu hơn về việc triễn khai trên các thiết bị không dây thực, để có thể kiểm nghiệm những nghiên cứu lí thuyết của mình khi ứng dụng trên thực tiễn sẽ hoạt động ra sao.