CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MANG MANET 1. Tổng quan về mạng MANET Mạng ad hoc di động (MANET) bao gồm các miền router kết nối lỏng với nhau. Một mạng MANET được đặc trưng bởi một hoặc nhiều giao diện mange MANET, các giao diện được phân biệt bởi “khả năng tiếp cận không đối xứng” thay đổi theo thời gian của nó đối với các router lân cận. Các router này nhận dạng và duy trì một cấu trúc định tuyến giữa chúng.
Các router có thể giao tiếp thông qua các kênh vô tuyến động với khả năng tiếp cận không đối xứng, có thể di động và có thể tham gia hoặc rời khỏi mạng bất kì thời điểm nào. Để giao tiếp với nhau, các nốt mạng ad hoc cần cấu hình giao diện mạng của nó với địa chỉ địa phương có giá trị trong khu vực của mạng ad hoc đó. Các nốt mạng ad hoc có thể phải cấu hình các địa chỉ toàn cầu có thể được định tuyến, để giao tiếp với các thiết bị khác trên mạng Internet. Nhìn từ góc độ lớp IP, mạng MANET có vai trò như một mạng multi-hop lớp 3 được tạo thành bởi các liên kết.
Do vậy mỗi nốt mạng ad hoc trong mạng MANET sẽ hoạt động như một router lớp 3 để cung cấp kết nối với các nốt khác trong mạng. Mỗi nốt ad hoc duy trì các tuyến tới các nốt khác trong mạng MANET và các tureen mạng tới các nốt đích ở ngoài mạng MANET đó. Nếu đã được kết nối với mạng Internet, các mạng MANET sẽ trở thành mạng rìa (edge network), nghĩa là biên giới của chúng được xác định bởi các router rìa (edge-router). Do bản chất của các liên kết tạo nên mạng MANET, các nốt ad hoc trong mange không chia sẻ truy nhập cho liên kết đơn báo hiệu đa điểm (multicast).
Như vậy, trong mạng MANET không dự trữ hay dành riêng liên kết đa điểm multicast và liên kết quảng bá broadcast. Minh họa mạng MANET 1.Đặc điểm của mạng MANET - Thiết bị tự trị đầu cuối (Autonomous terminal): Trong MANET, mỗi thiết bị di động đầu cuối là một node tự trị. Nó có thể mạng chức năng của host và router. Bên cạnh khả năng xử lý cơ bản của một host, các node di động này có thể chuyển đổi chức 3 năng như một router.
Vì vậy, thiết bị đầu cuối và chuyển mạch là không thể phân biệt được trong mạng MANET. - Hoạt động phân tán (Distributed operation): Vì không có hệ thống mạng nền tảng cho trung tâm kiểm soát hoạt động của mạng nên việc kiểm soát và quản lý hoạt động của mạng được chia cho các thiết bị đầu cuối. Các node trong MANET đòi hỏi phải có sự phối hợp với nhau. Khi cần thiết các node hoạt động như một thiết bị chuyển tiếp để thực hiện chức năng của mình như bảo mật và định tuyến.
- Định tuyến đa đường (Multihop routing): Thuật toán định tuyến không dây cơ bản có thể định tuyến một chặng và nhiều chặng dựa vào các thuộc tính liên kết khác nhau và ciao thức định tuyến. Định tuyến đơn đường trong MANET đơn giản hơn định tuyến đa đường ở vấn đề cấu trúc và thực hiện với chi phí thấp và ít ứng dụng. Khi truyền các gói dữ liệu từ một nguồn của nó đến điểm trong phạm vi truyền tải trực tiếp không dây, các gói dữ liệu sẽ được chuyển tiếp qua một hoặc nhiều trung gian các nút. - Tô-pô mạng động (Dynamic network topology): Vì các node là di động, nên cấu trúc mạng có thể thay đổi nhanh và không thể biết trước, các kết nối giữa các thiết bị đầu cuối có thể thay đổi theo thời gian.
MANET sẽ thích ứng tuyến và điều kiện lan truyền giống như mẫu di động và các node mạng di động. Các node di động trong mạng thiết lập định tuyến động với nhau khi chúng di chuyển, hình thành mange riêng của chúng trong không gian. Hơn nữa, một người dùng trong MANET có thể không chỉ hoạt động trong mạng lưới di động đặc biệt, mà còn có thể yêu cầu truy cập vào một mạng cố định công cộng như Internet. - Dao động về dung lượng liên kết (Fluctuating link capacity): Bản chất tỷ lệ bit lỗi cao và thường xuyên biến động của kết nối không dây cần được quan tâm trong mạng MANET.
Đường đi từ đầu cuối này đến đầu cuối kia có thể được chia sẻ qua một vài chặng. Kênh giao tiếp ở đầu cuối chịu ảnh hưởng của nhiễu, hiệu ứng đa đường, sự giao thoa và băng thông của nó ít hơn so với mạng có dây. Trong một vài tình huống, truy cập của hai người dùng có thể qua nhiều liên kết không dây và các liên kết này có thể không đồng nhất. - Các thiết bị đầu cuối thường có khả năng chịu tải nhẹ (Light-weight terminals): Trong hầu hết các trường hợp các node trong mạng MANET là thiết bị với 4 tốc độ xử lý của CPU thấp, bộ nhớ ít và lưu trữ điện năng ít.
Vì vậy cần phải tối ưu hoá các thuật toán và cơ chế. Phân loại MANET 1. Phân loại theo giao thức * Truyền một chặng (Single-hop): - Mạng Manet định tuyến single-hop là loại mô hình mạng ad hoc đơn giản nhất. Trong đó, tất cả các node đều nằm trong cùng một vùng phủ sóng,nghĩa là các node có thể kết nối trực tiếp với nhau mà không cần các node trunggian.
- Mô hình này các node có thể di chuyển tự do nhưng chỉ trong một phạm vi nhất định đủ để các node liên kết trực tiếp với các node khác trong mạng. Single-hop * Truyền đa chặng (Multi-hop): - Đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng MANET, nó khác với mô hình trước là các node có thể kết nối với các node khác trong mạng mà có thể không cần kết nối trực tiếp với nhau. Các node có thể định tuyến với các node khác thông qua các node trung gian trong mạng. - Để mô hình này hoạt động một cách hoàn hảo thì cần phải có giao thức định tuyến phù hợp với mô hình mạng MANET Hình 1.
Multi-hop 5 * Mobile multi-hop: Mô hình này cũng tương tự với mô hình thứ hai nhưng sự khác biệt ở đâylà mô hình này tập trung vào các ứng dụng có tính chất thời gian thực như audio, video. Phân loại theo chức năng * Mạng MANET đẳng cấp (Flat): Trong kiến trúc này tất cả các node có vai trò ngang hàng với nhau peerto- peer) và các node đóng vai trò như các router định tuyến gói dữ liệu trên mạng. Trong những mạng lớn thì cấu trúc Flat không tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên băng thông của mạng vì những thông tin điều khiển phải truyền trên toàn bộ mạng. Tuy nhiên nó thích hợp trong những tô-pô có các node di chuyển nhiều.
* Mạng MANET phân cấp (Hierarchical): Đây là mô hình sử dụng phổ biến nhất. Trong mô hình này thì mạng chia thành các miền (domain), trong mỗi domain bao gồm một hoặc nhiều cụm (cluster), mỗi cluster bao gồm nhiều nút (node). Có hai loại nút là nút chủ hay còn được gọi là nút cụm trưởng (master node) và nút bình thường (nomal node). - Master node: Là node quản trị một router có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của các node trong cluster đến các node trong cluster khác và ngược lại.
Nói cách khác nó có nhiệm vụ như một gateway. - Normal node: Là các node nằm trong cùng một cluster. Nó có thể kết nối với các node trong cluster hoặc kết nối với các cluster khác thông qua master node. Mô hình mạng phân cấp + Với các cơ chế trên mạng sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn vì các thông báo điều khiển chỉ phải truyền trong phạm vi một cluster.
Tuy nhiên việc quản 6 lý tính chuyển động của các node trở nên phức tạp hơn. Kiến trúc mạng phân cấp thích hợp cho các mạng có tính chuyển động thấp. * Mạng MANET kết hợp (Aggregate): - Trong kiến trúc mạng này, mạng phân thành các vùng (zone) và các nút được chia vào trong các vùng. Mỗi nút bao gồm hai mức tô-pô: tô-pô mức nút mạng (node level) và tô-pô mức vùng (zone level; high level topology).
- Ngoài ra, mỗi nút còn đặc trưng bởi hai ID: node ID và zone ID. Trong một zone có thể áp dụng kiến trúc đẳng cấp hoặc kiến trúc phân cấp Hình 1. Mô hình mạng kết hợp 1. Vấn đề định tuyến trong mạng MANET Trên thực tế trước khi một gói tin đến được đích, nó có thể phải được truyền qua nhiều chặng, như vậy cần có một giao thức định tuyến để tìm đường đi từ nguồn tới đích qua hệ thống mạng.
Giao thức định tuyến có hai chức năng chính, lựa chọn các tuyến đường cho các cặp nguồn-đích và phân phối các gói tin đến đích chính xác. Truyền thông trong mạng MANET dựa trên các đường đi đa chặng và mọi nút mạng đều thực hiện chức năng của một router, chúng cộng tác với nhau, thực hiện chuyển tiếp các gói tin hộ các nút mạng khác nếu các nút mạng này không thể truyền trực tiếp với nút nhận, do vậy định tuyến là bài toán quan trọng nhất đối với việc nghiên cứu MANET. Cho đến nay, đã có nhiều thuật toán định tuyến được đề xuất, mỗi thuật toán đều có các ưu và nhược điểm riêng. Điều đặc biệt là mức độ của các ưu nhược điểm phụ thuộc rất nhiều vào mức độ di động của các nút mạng.
Một số thuật toán là ưu 7 việt hơn các thuật toán khác trong điều kiện các nút mạng di động ở mức độ thấp nhưng lại kém hơn hẳn khi mức độ di động của các nút mạng tăng cao. Các thuật toán định tuyến truyền thống Để tìm đường đi cho các gói tin qua hệ thống các router trong mạng, các giao thức định tuyến truyền thống thường sử dụng giải thuật véc tơ khoảng cách (Distance Vector Routing - DV) hoặc trạng thái liên kết (Link State Routing – LS). Thuật toán Distance Vector còn được gọi là thuật toán Bellman-Ford, được dùng trong mạng ARPANET lúc mới ra đời và được sử dụng trong mạng Internet với tên gọi là RIP (Routing Information Protocol). Thuật toán Link State được sử dụng trong giao thức OSPF (Open Shortest Path First) của Internet [12].
Trong giải thuật Distance Vector, mỗi router quảng bá một cách định kỳ tới các hàng xóm thông tin khoảng cách từ nó tới tất cả các router khác. Các router dựa trên thông tin nhận được này tính toán đường đi tốt nhất tới các router khác. Bằng việc so sánh các khoảng cách từ mỗi hàng xóm tới một đích nào đó, router có thể quyết định hàng xóm nào sẽ là chặng tiếp theo trong đường đi tới đích để đường đi là tối ưu nhất.
