Đánh giá một số giao thức định tuyến đa đường giảm thời gian trễ trong mạng Manet

Trong những năm gần đây có một hướng tiếp cận mới cho bài toán định tuyến trong mạng MANET là định tuyến đa đường. Bài báo này trình bày một cách tổng quan về các đặc điểm chính trong cơ chế hoạt động của một số giao thức định tuyến đa đường mới cho mạng MANET tiếp cận theo mục tiêu giảm thời gian trễ, sau đó thực hiện việc phân tích, so sánh và đánh giá chúng theo các tiêu chí về hiệu năng hoạt động, đồng thời chỉ ra hướng cần cải tiến của các giao thức này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá một số giao thức định tuyến đa đường giảm thời gian trễ trong mạng Manet Đỗ Đình Cường và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 102(02): 51 - 57 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG GIẢM THỜI GIAN TRỄ TRONG MẠNG MANET Đỗ Đình Cường*, Nguyễn Anh Chuyên Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Trong những năm gần đây có một hướng tiếp cận mới cho bài toán định tuyến trong mạng MANET là định tuyến đa đường. Bài báo này trình bày một cách tổng quan về các đặc điểm chính trong cơ chế hoạt động của một số giao thức định tuyến đa đường mới cho mạng MANET tiếp cận theo mục tiêu giảm thời gian trễ, sau đó thực hiện việc phân tích, so sánh và đánh giá chúng theo các tiêu chí về hiệu năng hoạt động, đồng thời chỉ ra hướng cần cải tiến của các giao thức này. Từ khoá: Mạng MANET, Định tuyến đa đường, Thời gian trễ, Tìm đường, Lựa chọn đường. GIỚI THIỆU* Mạng không dây di động không cấu trúc (MANET) là một mạng bao gồm tập các nút di động không có cơ chế quản trị tập trung. Mạng MANET có khả năng tự cấu hình, tự tổ chức và tự bảo trì hoạt động của mình, có thể tương thích với các mạng có hình trạng động. Tuy nhiên, mỗi nút di động lại có những hạn chế về tài nguyên như năng lượng nguồn, khả năng xử lý và bộ nhớ. Cơ chế truyền thông giữa các nút di động trong mạng MANET là cơ chế đa chặng. Do đó, thời gian tồn tại của mỗi nút đi động trong mạng là rất quan trọng. Việc thiết kế giao thức định tuyến hiệu quả cho mạng MANET là một bài toán được quan tâm nhiều trong các nghiên cứu về hệ thống mạng di động trong thời gian qua. Có nhiều giao thức định tuyến đơn đường cho mạng MANET đã được đề xuất và có thể chia chúng thành hai nhóm chính là các giao thức “tìm đường trước” và các giao thức “tìm đường theo yêu cầu”. Các giao thức này đều chỉ sử dụng duy nhất một con đường tối ưu để truyền dữ liệu giữa một cặp nút nguồn-đích. Thông thường đây là con đường ngắn nhất. Các nghiên cứu trong [1], [2], [10] và [13] đã chỉ ra rằng, thuật toán tìm đường ngắn nhất không phải là lựa chọn tốt nhất cho mạng MANET. Khi thuật toán này được sử dụng, các nút phân bố xung quanh tâm sẽ phải truyền lưu lượng dữ liệu định tuyến nhiều hơn các nút phân bố gần biên của mạng. Điều này * Tel: 0982 990908, Email: ddcuong@ictu.edu.vn có thể gây ra tình trạng tắc nghẽn khi có nhiều kết nối được thiết lập trong mạng làm ảnh hưởng tới hiệu năng mạng ở khía cạnh thời gian trễ và thông lượng. Để giải quyết các hạn chế này, thay vì việc tìm ra và sử dụng duy nhất một con đường để truyền dữ liệu, sẽ có nhiều hơn một con đường được sử dụng đồng thời để truyền dữ liệu trong các giao thức định tuyến đa đường. Các giao thức định tuyến đa đường được phân loại theo mục tiêu tiếp cận của chúng. Trong số năm nhóm giao thức định tuyến đa đường đã được phân loại trong [12], bài báo này chỉ tập trung đánh giá nhóm thứ nhất là nhóm các giao thức định tuyến đa đường giảm thời gian trễ. Nhóm này bao gồm các giao thức: Định tuyến đường dự phòng [8], định tuyến đa đường trên cơ sở định tuyến vùng Fresnel (FZR) [7], định tuyến AODV đa đường với cơ chế chọn đường theo xác suất (AODVMPSP) [6], định tuyến đa đường có độ ưu tiên (PRIMAR) [5], định tuyến theo góc địa lý (BGR) [11] và định tuyến đa đường Split-nsave [4]. Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau: Mục 2 trình bày về hoạt động chi tiết, ưu điểm, nhược điểm và các hạn chế của các giao thức định tuyến đa đường nhằm giảm thời gian trễ đã nói đến ở trên. Mục 3 thực hiện việc so sánh phân tích các giao thức đã đưa ra trên các tham số về hiệu năng. Mục 4 phân tích các nhược điểm cần cải tiến của các giao thức này và Mục 5 là kết luận của bài báo. 51 Đỗ Đình Cường và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG NHẰM GIẢM THỜI GIAN TRỄ Phần lớn các giao thức định tuyến đa đường đều được phát triển từ các giao thức định tuyến đơn đường truyền thống dành cho mạng MANET là giao thức DSR[3] và AODV[9]. Tuy nhiên các giao thức DSR và AODV không có khả năng tương thích cao với các mạng có kích thước thay đổi thường xuyên. Vấn đề thay đổi hình trạng mạng dẫn đến tình trạng làm tăng các gói tin điều khiển, tăng thời gian trễ, mất độ tin cậy khi truyền dữ liệu và tốn năng lượng nguồn nuôi các nút di động. Thời gian trễ lớn khi truyền gói tin giữa hai điểm đầu-cuối là một vấn đề ảnh hưởng nhiều tới hiệu năng của các giao thức định tuyến theo yêu cầu. Nguyên nhân của vấn đề này là việc lựa chọn đường không hiệu quả, cân bằng tải không thích hợp và số lượng gói tin điều khiển lớn. Mục tiêu chính của những giao thức định tuyến thuộc nhóm định tuyến đa đường nhằm giảm thời gian trễ là đảm bảo cân bằng tải dữ liệu giữa các nút di động sao cho không có đoạn mạng nào bị tắc nghẽn. Các tác giả Pham và Perau trong [10] đã chỉ ra rằng nếu sử dụng định tuyến chọn đường ngắn nhất, các liên kết gần tâm của mạng phải hoạt động nhiều hơn so với các liên kết ở gần biên. Do đó không đảm bảo cân bằng tải dữ liệu giữa các nút mạng và điều này làm cho thời gian trễ của các gói tin phải truyền qua tâm của mạng tăng lên. Để giải quyết vấn đề này các giao thức định tuyến đa đường giảm thời gian trễ dành cho mạng MANET đã được đề xuất. Giao thức định tuyến đa đường dự phòng Một cơ chế định tuyến có tên gọi là định tuyến đa đường dự phòng đã được tác giả Lim giới thiệu trong [8] nhằm cải thiện hiệu năng của các mạng sử dụng giao thức TCP ở tầng Chuyển vận. Tác giả này đã phát biểu rằng mặc dù giao thức định tuyến đa đường làm việc tốt với các lưu lượng UDP nhưng khi sử dụng các lưu lượng TCP, hiệu năng của nó sẽ bị giảm. Vấn đề giảm hiệu năng này do một trong các nguyên nhân sau gây nên: thứ nhất là không ước lượng được một cách chính xác thời gian truyền một vòng trung bình (RTT) 52 102(02): 51 - 57 trong định tuyến đa đường bởi vì mỗi một con đường có một giá trị RTT khác nhau và thứ hai là các gói tin đi theo các con đường khác nhau tới đích với thứ tự thay đổi có thể làm cho nút đích gửi đúp gói báo nhận dẫn tới việc giảm một cách ...