Luận văn thạc sĩ đánh giá ảnh hưởng của sự di động của nút mạng đến hiệu quả của các thuật toán định tuyến trong mạng manet

Luận văn thạc sĩ toán học nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của sự di động của nút mạng đến hiệu quả của các thuật toán định tuyến trong, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Phan Hữu Dũng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đình Việt
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Đánh Giá Ảnh Hưởng Của Di Động Nút Mạng Đến Hiệu Quả Thuật Toán Định Tuyến Trong Mạng MANET
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG
• BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Tổ chức của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: MẠNG WLAN VÀ MẠNG MANET
• 2.1. Mạng không dây
• 2.2. Mạng cục bộ WLAN
• 2.3. Lịch sử ra đời mạng WLAN
• 2.4. Phân loại mạng WLAN
• 2.5. Các chuẩn đối với mạng WLAN
• 2.6. Một số mạng không dây phổ biến khác
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET
• 3.1. Các giao thức định tuyến phổ biến trong mạng có dây truyền thống
• 3.2. Kỹ thuật Flooding
• 3.3. Các yêu cầu đối với thuật toán định tuyến trong mạng MANET
• 3.4. Mục tiêu thiết kế các giao thức định tuyến cho mạng MANET
• 3.5. Áp dụng các thuật toán định tuyến truyền thống trong mạng MANET
• 3.6. Phân loại các giao thức định tuyến cho MANET
• 3.7. Các khái niệm liên quan
• 3.8. Định tuyến chủ ứng và định tuyến phản ứng
• 3.9. Cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện
• 3.10. Tính toán phi tập trung và tính toán phân tán
• 3.11. Đơn đường và đa đường
• 3.12. Phân loại các giao thức định tuyến
• 3.13. Destination-Sequence Distance Vector (DSDV)
• 3.14. Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)
• 3.15. Ad hoc On-demand Distance Vector Routing (AODV)
• 3.16. Dynamic Source Routing (DSR)
• 3.17. So sánh các giao thức định tuyến cho MANET
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VIỆC SỬ DỤNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
• 4.1. Lựa chọn phương pháp và công cụ đánh giá hiệu năng mạng
• 4.2. Lựa chọn phương pháp
• 4.3. Mô hình Giải tích
• 4.4. Mô phỏng mạng bằng chương trình máy tính
• 4.5. Đo trên mạng thực
• 4.6. Lý do sử dụng phương pháp mô phỏng để đánh giá hiệu năng mạng
• 4.7. Công cụ mô phỏng NS-2
• 4.8. Các chức năng mô phỏng chính của NS-2
• 4.9. Cấu trúc phần mềm của NS-2
• 4.10. Lập trình mô phỏng bằng NS-2
• 4.11. Công cụ hỗ trợ phân tích kết quả mô phỏng
• 4.12. Cấu trúc tệp vết chứa kết quả mô phỏng mạng không dây
• 4.13. Một số công cụ hỗ trợ việc phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng
• 4.14. Công cụ hiển thị trực quan mạng MANET trong quá trình hoạt động iNSPECT
• 4.15. Thiết lập mô phỏng mạng MANET trong NS-2
• 4.16. Tạo các nút mạng trong MANET
• 4.17. Mô hình phương tiện chia sẻ trong NS-2
• 4.18. Hoạt động của nút di động
• 4.19. Cấu hình nút di động trong NS-2
• 4.20. Tạo sự di chuyển của nút trong NS-2
• 4.21. Tạo các đường truyền không dây (air interface) trong MANET
• 4.22. Mô hình FreeSpace
• 4.23. Mô hình Two Ray Ground
• 4.24. Mô hình Shadowing
• 4.25. Tạo ngữ cảnh chuyển động
• 4.26. Tạo diện tích mô phỏng
• 4.27. Tạo các thực thể giao thức và các nguồn sinh lưu lượng
• 4.28. Tạo các dạng chuyển động theo mẫu
• 4.29. Sơ đồ khái quát quá trình mô phỏng
• 4.30. Các tham số hoạt động của các giao thức định tuyến trong NS-2
• 4.31. Giao thức định tuyến DSDV
• 4.32. Giao thức định tuyến OLSR
• 4.33. Giao thức định tuyến AODV
• 4.34. Giao thức định tuyến DSR
• 5. CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MỨC ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA CÁC NÚT MẠNG
• 5.1. Thực nghiệm mô phỏng
• 5.2. Các thông số mô phỏng
• 5.3. Chương trình mô phỏng
• 5.4. Các độ đo hiệu năng được dùng trong luận văn
• 5.5. Kết quả mô phỏng
• 5.5.1. Mô phỏng sử dụng mô hình Random Waypoint
• 5.5.1.1. Thiết lập thông số mô phỏng
• 5.5.1.2. Kết quả và nhận xét
• 5.5.2. Mô phỏng sử dụng mô hình Random Walk
• 5.5.2.1. Thiết lập thông số mô phỏng
• 5.5.2.2. Kết quả và nhận xét
• 5.5.3. Đánh giá hiệu quả của các giao thức định tuyến
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Mạng di động không dây đặc biệt MANET (Mobile Wireless Adhoc Network) cho phép các máy tính di động kết nối và truyền thông mà không cần cơ sở hạ tầng mạng có dây. Trong MANET, mọi nút mạng đều có thể thực hiện chức năng của một router, cộng tác để chuyển tiếp gói tin. Định tuyến là bài toán quan trọng nhất trong nghiên cứu MANET. Nhiều thuật toán định tuyến đã được đề xuất, mỗi thuật toán có ưu và nhược điểm riêng, phụ thuộc vào mức độ di động của các nút mạng. Một số thuật toán hoạt động tốt trong điều kiện di động thấp nhưng lại kém hiệu quả khi mức độ di động tăng cao. Đề tài luận văn này nhằm đánh giá và so sánh ảnh hưởng của sự di động của nút mạng đến hiệu quả của các thuật toán định tuyến trong mạng MANET. Mạng MANET rất hữu ích trong các tình huống khẩn cấp như thiên tai hay trong các hoạt động quân sự, nơi cần thiết lập mạng nhanh chóng.

II. Mạng MANET và các đặc điểm

Mạng MANET là một loại mạng không dây mà trong đó các nút mạng có thể di chuyển tự do và tự tổ chức thành mạng. Đặc điểm nổi bật của mạng MANET là tính linh hoạt và khả năng tự thích nghi. Mỗi nút trong mạng có thể hoạt động như một router, giúp truyền thông tin đến các nút khác mà không cần đến cơ sở hạ tầng cố định. Điều này tạo ra một môi trường mạng có tính linh hoạt cao, nhưng cũng đặt ra thách thức lớn cho việc định tuyến. Các thuật toán định tuyến trong mạng MANET cần phải xử lý các vấn đề như thay đổi topo mạng, độ trễ và độ tin cậy trong việc truyền tải dữ liệu. Việc đánh giá hiệu quả của các thuật toán định tuyến trong điều kiện di động khác nhau là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất mạng.

III. Các thuật toán định tuyến trong mạng MANET

Trong mạng MANET, có nhiều thuật toán định tuyến được phát triển, bao gồm DSDV, AODV, OLSR và DSR. Mỗi thuật toán có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các điều kiện khác nhau của mạng. Ví dụ, DSDV là một thuật toán định tuyến chủ động, trong khi AODV là thuật toán định tuyến theo yêu cầu. Sự lựa chọn thuật toán phù hợp phụ thuộc vào mức độ di động của các nút mạng. Nghiên cứu cho thấy rằng hiệu quả thuật toán định tuyến có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự di động của các nút. Việc đánh giá và so sánh các thuật toán này trong các điều kiện di động khác nhau sẽ giúp xác định thuật toán nào là tối ưu cho từng tình huống cụ thể.

IV. Phương pháp mô phỏng và phân tích kết quả

Mô phỏng là một công cụ quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của các thuật toán định tuyến trong mạng MANET. Công cụ mô phỏng NS-2 được sử dụng để tạo ra các kịch bản mô phỏng khác nhau, từ đó thu thập dữ liệu về hiệu suất của các thuật toán. Các thông số như độ trễ, thông lượng và tỷ lệ mất gói được đo lường để đánh giá hiệu quả của từng thuật toán trong các điều kiện di động khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng sự di động của các nút mạng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất mạng. Việc phân tích kết quả mô phỏng giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của các thuật toán định tuyến và từ đó đưa ra các khuyến nghị cho việc lựa chọn thuật toán phù hợp.

V. Đánh giá hiệu năng các giao thức định tuyến

Đánh giá hiệu năng của các giao thức định tuyến trong mạng MANET là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các thử nghiệm mô phỏng cho thấy rằng các giao thức định tuyến khác nhau có hiệu suất khác nhau tùy thuộc vào mức độ di động của các nút mạng. Kết quả cho thấy rằng một số giao thức hoạt động tốt hơn trong điều kiện di động thấp, trong khi những giao thức khác lại tỏ ra hiệu quả hơn khi mức độ di động tăng cao. Việc đánh giá này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các giao thức mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc phát triển các thuật toán định tuyến mới, tối ưu hơn cho mạng di động không dây.

VI. Kết luận và hướng nghiên cứu

Luận văn đã đánh giá ảnh hưởng của sự di động của nút mạng đến hiệu quả của các thuật toán định tuyến trong mạng MANET. Kết quả cho thấy rằng sự di động có tác động lớn đến hiệu suất của các giao thức định tuyến. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán định tuyến mới, có khả năng thích ứng tốt hơn với sự thay đổi của topo mạng và mức độ di động của các nút. Việc nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất mạng sẽ giúp cải thiện khả năng ứng dụng của mạng di động không dây trong thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mạng di động không dây đặc biệt MANET (Mobile Wireless Adhoc Network) là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành Công nghệ thông tin, đặc biệt trong truyền dữ liệu và mạng máy tính. Theo ước tính, mạng MANET ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quân sự, cứu trợ khẩn cấp, y tế, giáo dục và các hoạt động mạng gia đình. Đặc điểm nổi bật của MANET là khả năng thiết lập mạng không cần cơ sở hạ tầng cố định, với các nút mạng vừa là thiết bị truyền thông vừa là router chuyển tiếp dữ liệu. Tuy nhiên, sự di động của các nút mạng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của các thuật toán định tuyến trong mạng.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là đánh giá ảnh hưởng của sự di động của nút mạng đến hiệu quả của các thuật toán định tuyến phổ biến trong mạng MANET, bao gồm DSDV, OLSR, AODV và DSR. Mục tiêu cụ thể là phân tích, so sánh hiệu suất của các giao thức này dưới các mô hình chuyển động khác nhau của nút mạng, từ đó đề xuất lựa chọn thuật toán phù hợp với từng điều kiện vận hành thực tế.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mô hình chuyển động Random Waypoint và Random Walk, sử dụng công cụ mô phỏng NS-2 và công cụ hiển thị iNSpect để đánh giá các chỉ số hiệu năng như tỷ lệ phân phát gói tin, độ trễ đầu cuối, thông lượng và tải chuẩn hóa. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa lựa chọn giao thức định tuyến cho các ứng dụng MANET trong thực tế, đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp hoặc môi trường có tính di động cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mạng MANET và các đặc điểm kỹ thuật: Mạng MANET là mạng không dây tự tổ chức, không có cơ sở hạ tầng cố định, với các nút mạng di động có khả năng tự định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu. Các đặc điểm như cấu hình mạng động, liên kết có dung lượng thấp, hoạt động tiết kiệm năng lượng và bảo mật vật lý hạn chế được xem xét kỹ lưỡng.

• Các giao thức định tuyến trong mạng MANET: Nghiên cứu tập trung vào bốn giao thức chính:

  • DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector): Giao thức định tuyến chủ ứng dựa trên thuật toán Bellman-Ford, sử dụng cập nhật định kỳ và theo sự kiện để duy trì bảng định tuyến.
  • OLSR (Optimized Link State Routing): Giao thức chủ ứng dựa trên trạng thái liên kết, sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp đa điểm (MPR) để giảm chi phí flooding.
  • AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector): Giao thức định tuyến phản ứng, thiết lập tuyến đường theo yêu cầu, sử dụng số thứ tự đích để tránh vòng lặp.
  • DSR (Dynamic Source Routing): Giao thức phản ứng sử dụng định tuyến nguồn, cho phép các nút lưu trữ và sử dụng các tuyến đường đã biết trong bộ nhớ cache.

• Khái niệm chính: Định tuyến chủ ứng và phản ứng, cập nhật định kỳ và theo sự kiện, tính toán phi tập trung và phân tán, đơn đường và đa đường, các mô hình chuyển động của nút mạng (Random Waypoint, Random Walk).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các mô phỏng mạng MANET sử dụng bộ công cụ NS-2, kết hợp với công cụ hiển thị iNSpect để quan sát trực quan các phiên truyền dữ liệu.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô phỏng sự kiện rời rạc để đánh giá hiệu năng các giao thức định tuyến dưới các mô hình chuyển động khác nhau của nút mạng. Các chỉ số hiệu năng được đo gồm tỷ lệ phân phát gói tin, độ trễ đầu cuối, thông lượng và tải chuẩn hóa.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô phỏng được thực hiện với số lượng nút mạng khoảng 50-100, di chuyển trong khu vực mô phỏng có kích thước xác định, với các tham số chuyển động được cấu hình theo mô hình Random Waypoint và Random Walk. Việc lựa chọn các giao thức định tuyến và mô hình chuyển động nhằm phản ánh các điều kiện vận hành thực tế của mạng MANET.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu bao gồm giai đoạn tổng hợp lý thuyết, thiết lập mô phỏng, thu thập và phân tích dữ liệu, kéo dài trong khoảng thời gian từ đầu năm đến cuối năm 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của mức độ di động đến tỷ lệ phân phát gói tin: Kết quả mô phỏng cho thấy khi mức độ di động của các nút tăng lên, tỷ lệ phân phát gói tin giảm đáng kể. Ví dụ, trong mô hình Random Waypoint, tỷ lệ phân phát gói tin của giao thức DSDV giảm từ khoảng 90% ở mức di động thấp xuống còn khoảng 65% ở mức di động cao.

2. Độ trễ đầu cuối tăng theo mức độ di động: Độ trễ trung bình của các gói tin tăng lên khi các nút di chuyển nhanh hơn. Trong mô hình Random Walk, độ trễ của giao thức AODV tăng từ khoảng 50 ms lên đến 120 ms khi tốc độ di chuyển tăng gấp đôi.

3. Thông lượng và tải chuẩn hóa giảm khi di động cao: Thông lượng mạng và tải chuẩn hóa đều giảm khi mức độ di động tăng, do các tuyến đường bị đứt gãy thường xuyên hơn. Giao thức OLSR duy trì thông lượng cao hơn so với các giao thức khác ở mức di động thấp, nhưng hiệu quả giảm mạnh khi di động tăng.

4. So sánh hiệu quả các giao thức: Giao thức phản ứng như AODV và DSR thể hiện hiệu quả tốt hơn trong môi trường có mức độ di động cao nhờ khả năng thiết lập tuyến đường theo yêu cầu, trong khi các giao thức chủ ứng như DSDV và OLSR phù hợp hơn với môi trường di động thấp hoặc trung bình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự giảm hiệu quả khi mức độ di động tăng là do cấu hình mạng thay đổi liên tục, gây ra sự đứt gãy các tuyến đường và tăng chi phí tìm kiếm tuyến mới. Các giao thức chủ ứng như DSDV và OLSR phải duy trì bảng định tuyến cập nhật liên tục, dẫn đến phụ tải điều khiển lớn và tiêu tốn băng thông, làm giảm hiệu suất khi mạng có tính động cao. Ngược lại, các giao thức phản ứng như AODV và DSR chỉ thiết lập tuyến đường khi cần, giảm thiểu phụ tải điều khiển và thích ứng tốt hơn với sự thay đổi nhanh của mạng.

So sánh với các nghiên cứu gần đây, kết quả này phù hợp với báo cáo của ngành về hiệu quả của các giao thức định tuyến trong mạng MANET, khẳng định tầm quan trọng của việc lựa chọn giao thức phù hợp với điều kiện vận hành cụ thể. Việc sử dụng công cụ mô phỏng NS-2 kết hợp với iNSpect cho phép trực quan hóa quá trình truyền dữ liệu và phân tích chi tiết các phiên truyền, giúp minh họa rõ ràng các hiện tượng như tắc nghẽn và đứt gãy tuyến đường.

Các biểu đồ thể hiện tỷ lệ phân phát gói tin, độ trễ và thông lượng theo tốc độ di chuyển của nút mạng sẽ giúp người nghiên cứu và kỹ sư mạng dễ dàng đánh giá và lựa chọn giao thức phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Lựa chọn giao thức định tuyến phù hợp với mức độ di động: Động viên các nhà phát triển và quản trị mạng ưu tiên sử dụng các giao thức phản ứng như AODV và DSR trong môi trường có mức độ di động cao để tối ưu hóa hiệu suất mạng.

2. Tinh chỉnh tham số giao thức theo điều kiện mạng: Khuyến nghị điều chỉnh các tham số như tần suất cập nhật bảng định tuyến trong DSDV và OLSR, hoặc thời gian chờ phản hồi trong AODV để cân bằng giữa độ trễ và phụ tải điều khiển, nâng cao hiệu quả hoạt động.

3. Ứng dụng công cụ mô phỏng NS-2 và iNSpect trong thiết kế mạng: Đề xuất các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp sử dụng bộ công cụ này để mô phỏng và đánh giá hiệu năng mạng trước khi triển khai thực tế, giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí vận hành.

4. Phát triển các mô hình chuyển động thực tế hơn: Khuyến khích nghiên cứu mở rộng các mô hình chuyển động nút mạng, bao gồm các kịch bản tắc nghẽn và di chuyển có điều kiện, nhằm phản ánh chính xác hơn các tình huống thực tế và nâng cao độ tin cậy của kết quả mô phỏng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thông tin, Truyền dữ liệu và Mạng máy tính: Luận văn cung cấp kiến thức nền tảng và phân tích chuyên sâu về các giao thức định tuyến trong mạng MANET, hỗ trợ nghiên cứu và học tập.

2. Kỹ sư mạng và quản trị viên hệ thống: Thông tin về hiệu quả các giao thức định tuyến dưới các điều kiện di động khác nhau giúp họ lựa chọn và cấu hình mạng phù hợp với yêu cầu thực tế.

3. Các tổ chức phát triển phần mềm và thiết bị mạng không dây: Nghiên cứu cung cấp cơ sở để phát triển và tối ưu các giải pháp định tuyến cho mạng MANET, đặc biệt trong các ứng dụng quân sự, cứu trợ khẩn cấp và IoT.

4. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý dự án công nghệ thông tin: Hiểu rõ về ảnh hưởng của sự di động đến hiệu quả mạng giúp đưa ra các quyết định đầu tư và triển khai công nghệ phù hợp, đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao sự di động của nút mạng ảnh hưởng đến hiệu quả các giao thức định tuyến?
   Sự di động làm thay đổi cấu hình mạng liên tục, gây đứt gãy các tuyến đường đã thiết lập, dẫn đến việc các giao thức phải tìm kiếm và thiết lập lại tuyến mới, làm tăng độ trễ và giảm tỷ lệ phân phát gói tin.

2. Giao thức định tuyến nào phù hợp nhất cho mạng MANET có mức độ di động cao?
   Các giao thức định tuyến phản ứng như AODV và DSR được đánh giá phù hợp hơn trong môi trường có mức độ di động cao do khả năng thiết lập tuyến đường theo yêu cầu, giảm thiểu phụ tải điều khiển.

3. Công cụ mô phỏng NS-2 có ưu điểm gì trong nghiên cứu mạng MANET?
   NS-2 cho phép mô phỏng chi tiết các giao thức định tuyến và mô hình chuyển động của nút mạng, kết hợp với công cụ hiển thị iNSpect giúp quan sát trực quan quá trình truyền dữ liệu, hỗ trợ phân tích hiệu quả và tối ưu hóa mạng.

4. Các chỉ số hiệu năng nào được sử dụng để đánh giá các giao thức định tuyến?
   Các chỉ số chính gồm tỷ lệ phân phát gói tin, độ trễ đầu cuối, thông lượng và tải chuẩn hóa, phản ánh khả năng truyền tải, độ trễ và hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng.

5. Làm thế nào để giảm phụ tải điều khiển trong các giao thức chủ ứng như DSDV và OLSR?
   Có thể điều chỉnh tần suất cập nhật bảng định tuyến, sử dụng các kỹ thuật như cập nhật bổ sung thay vì cập nhật đầy đủ, và áp dụng cơ chế hãm cập nhật tức thời để giảm số lượng gói tin điều khiển phát ra mạng.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá và so sánh ảnh hưởng của sự di động của nút mạng đến hiệu quả của các giao thức định tuyến DSDV, OLSR, AODV và DSR trong mạng MANET thông qua mô phỏng trên NS-2.
• Kết quả cho thấy mức độ di động cao làm giảm hiệu quả hoạt động của các giao thức chủ ứng, trong khi các giao thức phản ứng thích ứng tốt hơn với sự thay đổi nhanh của mạng.
• Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giao thức phù hợp với điều kiện vận hành cụ thể và tinh chỉnh tham số để tối ưu hiệu suất mạng.
• Công cụ mô phỏng NS-2 và iNSpect được chứng minh là hiệu quả trong việc phân tích và trực quan hóa hoạt động mạng MANET.
• Các bước tiếp theo bao gồm phát triển các mô hình chuyển động thực tế hơn và nghiên cứu các giao thức định tuyến lai nhằm nâng cao hiệu quả mạng trong môi trường di động phức tạp.

Hành động khuyến nghị: Các nhà nghiên cứu và kỹ sư mạng nên áp dụng kết quả nghiên cứu này để lựa chọn và tối ưu các giao thức định tuyến phù hợp, đồng thời sử dụng công cụ mô phỏng để đánh giá trước khi triển khai thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: GIỚI THIỆU  Chương 2: MẠNG WLAN VÀ MẠNG MANET  Chương 3: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET  Chương 4: NGHIÊN CỨU VIỆC SỬ DỤNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ  Chương 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MỨC ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA CÁC NÚT MẠNG  Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU Trong đó, chương một trình bày cơ sở khoa học và tính thực tiễn cũng như mục tiêu nghiên cứu của luận văn. Chương hai đưa ra kiến thức cơ sở về mạng WLAN và mạng MANET. Các kỹ thuật định tuyến truyền thống được sử dụng trong mạng cố định và các giao thức định tuyến dùng trong mạng MANET được trình bày chương ba. Chương bốn đưa ra cái nhìn tổng quan về bộ mô phỏng NS-2 và giới thiệu công cụ mô phỏng mới iNSpect từ đó ứng dụng vào việc mô phỏng các giao thức định tuyến.

Chương năm sử dụng những kết quả mô phỏng thu được trong chương bốn để tính toán các độ đo hiệu năng sau đó kết hợp với cơ sở lý thuyết về các giao thức định tuyến trình bày trong chương ba để rút ra những đánh giá về ảnh hưởng của sự di dộng của nút mạng đến hiệu quả của các giao thức định tuyến trong mạng MANET. Cuối cùng, trong chương sáu là những nhận xét về kết quả đạt được và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn. z 12 Chương 2: MẠNG WLAN VÀ MẠNG MANET Mục tiêu của chương này là giới thiệu với người đọc những kiến thức cơ sở về mạng WLAN và mạng MANET bao gồm lịch sử ra đời, các đặc điểm, những ưu nhược điểm cũng như các ứng dụng trong khoa học, công nhệ và cuộc sống từ đó có cái nhìn tổng quan về hai mạng này và dễ dàng phân biệt được chúng. Mạng không dây Các mạng không dây (Wireless networks) thường được phân thành mạng cá nhân WPAN - chuẩn IEEE 802.15, mạng cục bộ WLAN - chuẩn IEEE 802.11, mạng đô thị WMAN - chuẩn IEEE 802.16 và mạng diện rộng WWAN - chuẩn IEEE 802.

Sự phân chia này dựa trên quy mô và phạm vi truyền dẫn của các bộ phát (transmitter) vô tuyến và mỗi lớp mạng có thể gồm một vài tiêu chuẩn và công nghệ riêng. Hình 1 bên dưới minh họa sự phân lớp các mạng không dây dựa trên quy mô: Hình 1. Phân loại các mạng không dây dựa trên quy mô. Mạng cục bộ WLAN Wireless Local Area Network (WLAN) là một mạng cục bộ kết nối hai hay nhiều máy tính với nhau mà không cần các kết nối vật lý giữa chúng.

Môi trường truyền được sử dụng trong WLAN là môi trường không khí với một dải tần số được quy định cho các loại hình truyền thông. Có hai công nghệ chính được sử dụng để truyền thông trong WLAN là truyền thông bằng tia hồng ngoại (bước sóng 900 nm) hoặc truyền thông bằng sóng vô tuyến, thông thường thì sóng vô tuyến được dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn và có băng thông cao hơn. WLAN cũng có hai dạng kiến trúc là WLAN có cơ sở hạ tầng (sử dụng các Access Point) hoặc trạm cơ sở (Base Station) để kết nối phần mạng không dây với phần mạng có dây truyền thống và mạng không có cơ sở hạ tầng (mạng Ad hoc). Lịch sử ra đời mạng WLAN Năm 1971, tại Đại học Hawaii các công nghệ mạng và truyền thông vô tuyến đã được kết hợp lần đầu tiên trong dự án Alohanet.

Dự án này sử dụng các thiết bị máy tính tại bảy điểm khác nhau nằm rải rác trên bốn hòn đảo thực hiện việc giao tiếp với máy tính trung tâm trên đảo Oahu bằng cách sử dụng không khí làm môi trường truyền. Nó thiết lập một topo Star và các trạm từ xa chỉ có thể giao tiếp thông qua máy tính trung tâm đặt tại đảo Oahu. Tuy nhiên, đến giữa thập niên 1980 thì mạng WLAN mới phát triển mạnh khi Uỷ ban Truyền thông Liên bang Mỹ FCC (US Federal Communications Commission) quyết định cho phép sử dụng phổ biến các dải tần số công nghiệp, khoa học và y tế ISM (Industrial, Scientific and Medical bands). Quyết định này cho phép các công ty và người dùng sản xuất và sử dụng các sản phẩm không dây của họ mà không cần FCC cấp giấy phép hoạt động.

Từ đó, dẫn đến sự tăng trưởng vượt bậc trong lĩnh vực mạng WLAN. Tuy nhiên, do sự xuất hiện của nhiều sản phẩm độc quyền nhưng lại không có một tiêu chuẩn chung thống nhất, dẫn đến các sản phẩm không cùng một công ty sản xuất có thể sẽ không tương thích với nhau. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải chuẩn hóa trong lĩnh vực mạng WLAN. Hiện nay, trên thế giới chủ yếu sử dụng hai chuẩn phổ biến cho mạng WLAN là: Chuẩn IEEE 802.11x do các Nhóm công tác của Viện công nghệ Điện và Điện Tử IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) phát triển và chuẩn HiperLAN/x (High Performance European Radio LAN) được phát triển bởi nhóm RES10 thuộc Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute).11x sử dụng giao thức CSMA/CA, còn chuẩn HiperLAN/x là giao thức TDMA/TDD.11x được sử dụng phổ biến hơn so với chuẩn HiperLAN/x nhưng chuẩn HiperLAN/x có những ưu điểm nổi trội khi đối phó với vấn đề lưu lượng thời gian thực.

Phân loại mạng WLAN Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng là mạng mà các nút mạng truyền thông với nhau sử dụng một thiết bị trung tâm gọi là điểm truy cập chung AP (Access Point), hay còn được gọi là trạm cơ sở BS (Base Station). Các trạm cơ sở không chỉ cung cấp khả năng kết nối mạng mà nó còn thực hiện chức năng điều khiển truy cập đường truyền nhằm chuyển tiếp thông tin từ nguồn đến đích. Ngoài ra, các điểm truy cập mạng còn thường được kết nối với mạng có dây và được kết nối với Internet nên nó đóng vai trò như là cầu nối giữa các mạng không dây và mạng có dây với nhau tạo thành một mạng diện rộng. Tốc độ truyền dữ liệu của mạng không chỉ phụ thuộc vào đặc điểm của các nút mạng mà còn phụ thuộc vào bán kính phủ sóng của các điểm truy cập mạng.

Các nút mạng càng gần điểm truy cập mạng AP thì sóng thu được càng mạnh và tốc độ truyền dữ liệu càng cao. Do đó, việc lựa chọn tốc độ truyền và phạm vi hoạt động của điểm z 14 truy cập mạng khiến chúng ta cần phải cân nhắc, khi đó nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu năng hoạt động của mạng và của điểm truy cập mạng. Khái niệm Indoor và Outdoor: Indoor là khái niệm sử dụng sóng vô tuyến trong phạm vi không gian nhỏ, như trong một tòa nhà, một văn phòng. Outdoor là khái niệm sử dụng sóng vô tuyến trong phạm vi không gian lớn hơn, với WLAN thì bán kính đến các thiết bị mà nó quản lý có thể lên đến 5km.

Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng Mạng WLAN không có cơ sở hạ tầng (mạng Ad Hoc) Một mạng Ad Hoc là một tập hợp các nút không dây di động (có chứ năng như routers) cấu thành nên một mạng tạm thời mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng có sẵn hoặc việc quản trị tập trung. Các routers được tự do di chuyển ngẫu nhiên và tự thiết lập tùy ý, vì vậy topo mạng không dây có thể thay đổi nhanh chóng và không thể biết trước [10]. Mạng Ad Hoc là mạng mà các nút trong mạng có thể tự thiết lập, tự tổ chức và tự thích nghi khi có một nút mới gia nhập mạng, các nút trong mạng cần có cơ chế phát hiện nút mới gia nhập mạng, thông tin về nút mới sẽ được cập nhật vào bảng định tuyến của các nút hàng xóm và gửi đi. Khi có một nút ra khỏi mạng, thông tin về nút đó sẽ được xóa khỏi bảng định tuyến và hiệu chỉnh lại tuyến, .Mạng Ad Hoc có nhiều loại thiết bị khác nhau tham gia mạng lên các nút mạng không những phát hiện được khả năng kết nối của các thiết bị, mà còn phải phát hiện ra được loại thiết bị và các đặc tính tương ứng của các loại thiết bị đó (vì các thiết bị khác nhau sẽ có các đặc tính khác nhau ví dụ như: khả năng tính toán, lưu trữ hay truyền dữ liệu trong mạng,.

Mạng WLAN không có cơ sở hạ tầng [10] 2. Các chuẩn đối với mạng WLAN Chuẩn IEEE 802. Tổng quan về họ các chuẩn IEEE 802. Tổng quan về họ các chuẩn ETSI HIPERLAN [2] z 16 2.

Một số mạng không dây phổ biến khác 2. Mạng cá nhân WPAN theo chuẩn 802.4 Mạng WPAN (Wireless Personal Area Networks) thường liên quan đến khái niệm văn phòng không dây. Phạm vi của mạng PAN là một vài mét, cung cấp khả năng đồng bộ hóa các máy tính, truyền files và truy cập được vào thiết bị ngoại vi cục bộ như máy in hay các thiết bị cầm tay khác như điện thoại di động và PDAs. Hiện tại, công nghệ nổi tiếng nhất của PAN là Bluetooth.

Viện công nghệ Điện và Điện Tử IEEE đưa ra chuẩn 802.15 sử dụng cho mạng WPAN với các tốc độ truyền dữ liệu như sau: 802.1 đặc tả công nghệ Bluetooth có tốc độ truyền dữ liệu ở mức trung bình, trong khi 802.3 được phát triển cho mạng Ad hoc với lớp MAC phù hợp cho truyền dữ liệu đa phương tiện có tốc độ truyền dữ liệu ở mức cao và 802.4 định nghĩa giao thức liên kết nối các thiết bị ngoại vi truyền thông sóng vô tuyến trong hệ thống mạng một người dùng có tốc độ truyền ở mức thấp.45 Ghz 915MHz 868MHz Max.Data Rate 1 Mpbs 55 Mpbs 250 Kpbs 40 Kbps 20 Kbps Range < 10 m < 10 m 10 - 75 m Bảng 3. Tổng quan về họ các chuẩn IEEE 802. Mạng đô thị WMAN theo chuẩn 802.16 Mạng đô thị không dây WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) được định nghĩa là mạng có qui mô lớn có thể bao phủ một vùng đô thị như một thành phố, một quận, huyện hoặc là một khu vực dân cư rộng lớn nào đó. Mạng này sử dụng các công nghệ dành cho mạng diện rộng (WAN), có tốc độ truyền dẫn cao và khả năng kháng lỗi mạnh.16 đã được thiết kế để mở ra một tập hợp các giao tiếp dựa trên giao thức tầng MAC và lớp vật lý.16 cũng đề cập đến công nghệ WiMax là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở.

Giao thức lớp MAC của chuẩn IEEE 802.