I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Giao Thức AODV Trên NS2 Bắt Đầu
Hiện nay, các hệ thống mạng ngày càng phức tạp, đòi hỏi phải đáp ứng nhiều loại dịch vụ khác nhau, với tốc độ dịch vụ khác nhau. Lưu lượng các gói tin trên đường truyền không ngừng tăng lên, nhiều lúc dẫn đến tắc nghẽn. Vì vậy, việc sử dụng các phương pháp giải thích ngày càng trở nên phức tạp trong tính toán các đối tượng ngẫu nhiên, đồng thời khó có những mô hình thực tế để đo thử nghiệm nên việc sử dụng các hệ thống mô phỏng máy tính trở nên thuận lợi hơn. Phương pháp mô phỏng là sử dụng chương trình phần mềm xây dựng các đối tượng trong mạng dựa trên Topology đã được thiết kế. Hiện tại có rất nhiều phần mềm mô phỏng. Một trong số đó là NS2 một sản phẩm phần mềm lớn, chuyên dụng cho việc mô phỏng. Xu hướng phát triển chung mạng vô tuyến đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống bởi lợi ích mà nó mang lại. Việc nghiên cứu về mạng vô tuyến cũng tăng trưởng tương tự.
1.1. Lý Do Chọn Nghiên Cứu Giao Thức AODV và NS2
Số lượng các thiết bị dùng cho mạng vô tuyến sẽ nhanh chóng vượt qua số lượng các thiết bị dùng cho mạng hữu tuyến. Việc sử dụng các hệ thống mô phỏng như NS2 trở nên quan trọng để giải quyết các vấn đề phức tạp trong mạng. Khóa luận này sẽ làm rõ hơn về giao thức định tuyến AODV và được sự gợi ý của Thầy TS. Nguyễn Hà Huy Cường em chọn đề tài “Nghiên cứu và mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2” để làm báo cáo khóa luận tốt nghiệp.
1.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Chi Tiết Về Giao Thức AODV
Mục tiêu chính của nghiên cứu là tìm hiểu sâu về mạng cảm biến không dây, giới thiệu về giao thức AODV, tìm hiểu cơ chế hoạt động. Nghiên cứu này đi sâu vào giao thức AODV và mô phỏng nó trên công cụ NS2. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng chương trình mô phỏng NS2 để mô phỏng quá trình định tuyến trong mạng.
1.3. Phạm Vi Nghiên Cứu Giao Thức AODV Trên Công Cụ NS2
Đề tài tập trung nghiên cứu mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2. Nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết về mạng cảm biến không dây, giao thức AODV, và công cụ mô phỏng NS2. Thực nghiệm bằng công cụ mô phỏng NS2; Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài.
II. Tìm Hiểu Về Mạng Cảm Biến Không Dây WSN Và AODV
Với sự phát triển của công nghệ thông tin, mạng máy tính là một lĩnh vực đem lại hiệu quả thiết thực. Thông qua mạng máy tính, chúng ta có thể chia sẻ thông tin ở bất kỳ nơi nào trên mạng, tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả. Cùng với sự ra đời các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết. Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây để phối hợp thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân tán với quy mô lớn.
2.1. Chức Năng và Ứng Dụng Của Mạng Cảm Biến Không Dây WSN
Mạng cảm biến không dây có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua một điểm thu phát (Sink) và môi trường mạng công cộng như Internet hay vệ tinh. Các nút cảm biến không dây có thể được triển khai cho các mục đích chuyên dụng như điều khiển giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; tạo ra không gian sống thông minh; khảo sát đánh giá chính xác trong nông nghiệp; trong lĩnh vực y tế; .
2.2. Cấu Trúc Cơ Bản Của Mạng Cảm Biến Không Dây WSN
Một mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn các nút được triển khai dày đặc bên trong hoặc ở rất gần đối tượng cần thăm dò, thu thập thông tin dữ liệu. Vị trí các cảm biến không cần định trước vì vậy nó cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc các khu vực nguy hiểm. Khả năng tự tổ chức mạng và cộng tác làm việc của các cảm biến không dây là những đặc trưng rất cơ bản của mạng này.
2.3. Đặc Điểm Nổi Bật Của Mạng Cảm Biến Không Dây WSN
Hoạt động chính của các thiết bị trong mạng cảm biến là đo lường và vận chuyển các dòng thông tin với khối lượng xử lý thấp. Do dung lượng bộ nhớ trong nhỏ nên cần tính toán rất kỹ về khối lượng công việc cần xử lý và các sự kiện mức thấp xen vào hoạt động xử lý mức cao. Một số hoạt động xử lý mức cao sẽ khá lâu và khó đáp ứng tính năng thời gian thực. Tính năng điều khiển ở các nút cảm biến không dây cũng như sự tinh vi của liên kết xử lý lưu trữ chuyển mạch trong mạng cảm biến không dây thấp hơn nhiều trong các hệ thống thông thường.
III. Giao Thức AODV Cơ Chế Định Tuyến Hiệu Quả Cho NS2
Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector) cho phép định tuyến nhiều bước giữa các nút mạng để thiết lập và duy trì mạng Ad hoc. Thuật toán định tuyến này dựa trên thuật toán vectơ khoảng cách nhưng thuộc loại định tuyến theo yêu cầu, nó chỉ yêu cầu đường định tuyến khi cần thiết. Thuật toán định tuyến AODV khá phù hợp cho cấu hình mạng động. AODV đưa ra các tuyến không bị lặp ngay cả khi nó đang sửa các liên kết lỗi.
3.1. Tổng Quan Về Giao Thức Định Tuyến AODV Trong Mạng
AODV sử dụng liên kết đối xứng giữa các nút hàng xóm. Gói tin không đi theo tuyến đường giữa các nút khi một trong những nút đó không nghe được từ nút khác. Những nút không nằm trên các tuyến đường hoạt động; chúng sẽ không duy trì bất cứ thông tin định tuyến nào cũng như không tham gia vào bất kỳ sự trao đổi bảng định tuyến định kỳ nào. Khi một kết nối cục bộ của nút di động được thiết lập, mỗi nút có thể nhận thấy các nút khác trong vùng lân cận của nó bằng một vài kĩ thuật, bao gồm quảng bá cục bộ các bản tin Hello.
3.2. Cơ Chế Duy Trì Thông Tin Định Tuyến Của AODV
Khi một nút mạng muốn gửi một gói tin tới một nút nào đó, nó sẽ khởi tạo tiến trình xử lý discovery để định vị nút đích. Nếu không có một đường đi nào được tìm thấy trong một khoảng thời gian xác định, nút khởi tạo sẽ cho rằng không tồn tại đường đi tới nút đích. Tiến trình xử lý discovery sẽ kết thúc đồng thời các gói tin tương ứng sẽ hủy bỏ. Ngược lại nếu nút khởi tạo tìm được một đường đi phù hợp, nó sẽ cập nhật đường đi này vào bảng định tuyến của nó như một đầu vào (entry) tương ứng với nút đích.
3.3. Quản Lý Bảng Định Tuyến Trong Giao Thức AODV
Khi một đầu vào mới được tạo ra, tiến trình xử lý cũng đồng thời được kích hoạt để giám sát tình trạng của đường đi vừa được tạo ra, nếu sau một khoảng thời gian đủ lớn mà đường đi không được sử dụng, nút mạng sẽ xóa đường đi này ra khỏi bảng định tuyến. Nếu có lỗi xuất hiện trên một đường đi có trạng thái tích cực, nút mạng sẽ lập tức thông báo ngược lại cho các bước truyền trước đó bằng một gói tin điều khiển cụ thể.
IV. Cơ Sở Nghiên Cứu Thuật Toán AODV Hướng Dẫn Chi Tiết
Chương này đi sâu vào cơ sở nghiên cứu của giao thức AODV, bao gồm các thuật toán sử dụng trong mạng không dây, thuật toán vectơ khoảng cách, thuật toán trạng thái liên kết và thuật toán AODV. Ý tưởng, lưu đồ và mô tả chi tiết thuật toán AODV sẽ được trình bày, giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của giao thức này. Nghiên cứu về thuật toán AODV rất quan trọng.
4.1. Các Thuật Toán Định Tuyến Trong Mạng Không Dây
Nghiên cứu bao gồm thuật toán Vectơ khoảng cách (Distance Vector Algorithm) và thuật toán trạng thái liên kết (Link State Algorithm). Tìm hiểu chi tiết cách thức hoạt động và ưu nhược điểm của từng thuật toán. So sánh sự khác biệt giữa các thuật toán định tuyến này.
4.2. Ý Tưởng và Lưu Đồ Của Thuật Toán AODV
Trình bày ý tưởng chính của thuật toán AODV. Phân tích lưu đồ thuật toán AODV để hiểu rõ các bước thực hiện. Diễn giải các giai đoạn chính trong quá trình định tuyến của AODV.
4.3. Mô Tả Chi Tiết Thuật Toán AODV
Mô tả chi tiết từng bước trong thuật toán AODV. Giải thích cách thức hoạt động của các gói tin RREQ, RREP, và RERR. Phân tích cách AODV duy trì thông tin định tuyến và xử lý lỗi.
V. Mô Phỏng Giao Thức AODV Trên Công Cụ NS2 Thực Hành
Chương này giới thiệu về môi trường mô phỏng NS-2, bao gồm tổng quan về NS-2, các đặc điểm của NS-2, và cách cài đặt Cygwin. Hướng dẫn chi tiết các bước mô phỏng giao thức AODV trên NS-2, từ việc thiết lập cấu hình mạng đến phân tích kết quả mô phỏng. Mô phỏng AODV giúp hiểu rõ hơn.
5.1. Tổng Quan Về Môi Trường Mô Phỏng NS 2
Giới thiệu về NS-2 và vai trò của nó trong mô phỏng mạng. Trình bày các đặc điểm nổi bật của NS-2. Giải thích về phần mềm Nam và cách sử dụng nó kết hợp với NS-2.
5.2. Hướng Dẫn Cài Đặt Cygwin Để Sử Dụng NS 2
Hướng dẫn từng bước cài đặt Cygwin để chạy NS-2 trên Windows. Giải thích các cấu hình cần thiết để NS-2 hoạt động ổn định. Khắc phục các lỗi thường gặp trong quá trình cài đặt.
5.3. Các Bước Mô Phỏng Giao Thức AODV Trên NS 2
Hướng dẫn chi tiết cách viết script TCL để mô phỏng AODV. Thiết lập các thông số mạng như số lượng nút, tốc độ truyền, và vùng phủ sóng. Phân tích kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu suất của AODV.
VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Giao Thức AODV Trên NS2
Tổng kết lại các kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu và mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2. Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo cho đề tài, bao gồm việc cải tiến giao thức AODV, thử nghiệm trên các mô hình mạng phức tạp hơn, và ứng dụng vào các lĩnh vực thực tế. Nghiên cứu AODV vẫn còn nhiều tiềm năng.
6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Mô Phỏng
Đánh giá lại các mục tiêu đã đạt được trong đề tài. Nhấn mạnh tầm quan trọng của việc mô phỏng giao thức AODV trên NS2. Nêu bật những ưu điểm và hạn chế của giao thức AODV.
6.2. Các Hướng Phát Triển Tiếp Theo Cho Đề Tài
Đề xuất các hướng nghiên cứu sâu hơn về giao thức AODV. Gợi ý các cải tiến có thể thực hiện để nâng cao hiệu suất của AODV. Mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các giao thức định tuyến khác.
6.3. Ứng Dụng Thực Tế Của Giao Thức AODV
Thảo luận về các ứng dụng tiềm năng của giao thức AODV trong thực tế. Nêu ví dụ về việc sử dụng AODV trong các mạng cảm biến không dây, mạng di động ad-hoc, và các hệ thống IoT. Đề xuất các giải pháp để triển khai AODV một cách hiệu quả trong các ứng dụng thực tế.
