Luận văn Nghiên cứu về giải pháp tích hợp manet với Internet sử dụng giao thức mobile IP

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu về giải pháp tích hợp manet với Internet sử dụng giao thức mobile IP

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐINH THỊ NGỌC ANH NGHIÊN CỨU VỀ GIẢI PHÁP TÍCH HỢP MANET VỚI INTERNET SỬ DỤNG GIAO THỨC MOBILE IP LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2016
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐINH THỊ NGỌC ANH NGHIÊN CỨU VỀ GIẢI PHÁP TÍCH HỢP MANET VỚI INTERNET SỬ DỤNG GIAO THỨC MOBILE IP Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Lê Anh Ngọc Hà Nội - 2016
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong luận văn được thu thập được trong quá trình nghiên cứu là trung thực chưa từng được ai công bố trước đây. Hà Nội, tháng 10 năm 2016 Tác giả luận văn Đinh Thị Ngọc Anh
4. MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa................................................................................................................... Lời cam đoan .................................................................................................................... Mục lục ............................................................................................................................. Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................................. Danh mục các bảng............................................................................................................ Danh mục các hình vẽ ....................................................................................................... MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ MANET VÀ MOBILEIP ............................................ 3 1.1. Giới thiệu chung về mạng MANET ......................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm cơ bản ................................................................................................... 3 1.1.2. Lịch sử phát triển ................................................................................................... 4 1.2. Đặc điểm của mạng MANET ................................................................................... 4 1.3. Kiểu kết nối và cơ chế hoạt động ............................................................................. 5 1.3.1. Các kiểu kết nối topo mạng ................................................................................... 5 1.3.2. Chế độ hoạt động ................................................................................................... 6 1.4. Phân loại mạng MANET .......................................................................................... 7 1.4.1. Theo giao thức ....................................................................................................... 7 1.4.2. Theo chức năng ..................................................................................................... 8 1.5. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET ........................................ 9 1.5.1. Giao thức định tuyến theo bảng ghi (Table-Driven Routing Protocol) ............... 11 1.5.2.Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu (On-Demand Routing Protocol) . 11 1.5.3.Giao thức định tuyến kết hợp (Hybrid Routing Protocol) .................................... 12 1.6. Một số giao thức định tuyến cơ bản trên mạng MANET ....................................... 12 1.6.1. Giao thức DSDV(Destination Sequence Distance Vector) ................................. 12 1.6.2. Giao thức định tuyến AODV (Ad Hoc On Demand Distance Vector) ............... 13 1.6.2.1. Cơ chế khám phá tuyến (Route Discovery) ..................................................... 13 1.6.2.2. Cơ chế duy trì thông tin định tuyến .................................................................. 16 1.7. Mobile IP và quản lý di động ................................................................................. 16 1.7.1. Tổng quan về giao thức Mobile IP ...................................................................... 16 1.7.2. Định tuyến tam giác TR (Triangular Routing) .................................................... 19 1.7.3 Foreign Agents - FA ............................................................................................. 20 1.7.4. NAT và Mobile IP ............................................................................................... 20 1.7.5. Forwarding........................................................................................................... 21 1.8. Các vấn đề phát sinh khi tích hợp MANET với INTERNET ................................ 21 1.8.1. Truyền thông đa bước .......................................................................................... 21 1.8.2. Định tuyến theo yêu cầu ..................................................................................... 23
5. Kết luận chương 1 ......................................................................................................... 23 CHƯƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP TÍCH HỢP MANET VỚI INTERNET .................... 25 2.1. Các giải pháp tích hợp MANET với INTERNET ................................................. 25 2.1.1. Giải pháp chủ động .............................................................................................. 26 2.1.1.1. Giải pháp MEWLANA ..................................................................................... 26 2.1.1.2. Giải pháp ICFIANET ....................................................................................... 26 2.1.2. Giải pháp theo yêu cầu ........................................................................................ 27 2.1.2.1. Giải pháp MMTHWMN ................................................................................... 27 2.1.2.2 Giải pháp CGAMANET .................................................................................... 27 2.1.3. Giải pháp lai......................................................................................................... 28 2.1.3.1 Giải pháp ANETMIP ......................................................................................... 28 2.1.3.2. Giải pháp MIPMANET .................................................................................... 28 2.1.3.3. Giải pháp GCIPv4MANET .............................................................................. 28 2.1.3.4. Giải pháp ICAMNET ....................................................................................... 28 2.1.3.5. Giải pháp MIPANETIIE ................................................................................... 29 2.1.3.6. Giải pháp GCIPv6MANET .............................................................................. 29 2.1.3.7. Giải pháp HAICMANET ................................................................................. 29 2.1.3.8. Giải pháp DMIPRANET .................................................................................. 30 2.1.3.9. Giải pháp IntMIPOLSR .................................................................................... 30 2.1.3.10. So sánh các giải pháp tích hợp ....................................................................... 30 2.2. Tích hợp MANET với INTERNET sử dụng giao thức Mobile IP (MIPMANET) 36 2.2.1. Cách thức hoạt động của Mobile IP trong MANET............................................ 36 2.2.1.1. Quảng cáo tác nhân định kỳ ............................................................................. 36 2.2.1.2. Chào mời tác nhân ............................................................................................ 38 2.2.1.3. Phát hiện di chuyển .......................................................................................... 41 2.2.1.4. Thuật toán MIPMANET ECS .......................................................................... 42 2.2.1.5. Đăng ký và vận chuyển gói dữ liệu .................................................................. 42 2.2.1.6. Giải pháp thích ứng .......................................................................................... 43 2.2.2. Các điều chỉnh để Mobile IP hoạt động tốt hơn trong MANET ......................... 43 2.2.2.1. Quảng cáo tác nhân định kỳ ............................................................................. 43 2.2.2.2. Chào mời tác nhân ............................................................................................ 44 2.2.2.3. Phát hiện di chuyển .......................................................................................... 45 2.2.2.4. Đăng ký và vận chuyển gói dữ liệu .................................................................. 46 2.2.2.5. MIPMANET Interworking Unit ....................................................................... 47 2.2.3. Sử dụng AODV cho MIPMANET ...................................................................... 48 2.2.3.1. Quảng bá đường hầm ....................................................................................... 48 2.2.3.2 Thời gian ............................................................................................................ 49 Kết luận chương 2 ......................................................................................................... 50
6. CHƯƠNG 3.MÔ PHỎNG TÍCH HỢP MANET VỚI INTERNET SỬ DỤNG GIAO THỨC MOBILE IP ....................................................................................................... 51 3.1. Giới thiệu và thiết lập mô phỏng mạng MANET trong NS2 ................................. 51 3.1.1. Giới thiệu NS2 ..................................................................................................... 51 3.1.2.Tạo các nút di động trong MANET ...................................................................... 52 3.1.3. Hoạt động của nút di động ................................................................................... 53 3.1.4. Cấu hình nút di động trong NS2 .......................................................................... 54 3.1.5. Tạo sự di chuyển của nút trong NS ..................................................................... 55 3.1.6. Tạo kênh vô tuyến trong MANET....................................................................... 56 3.1.6.1. Mô hình FreeSpace ........................................................................................... 56 3.1.6.2. Mô hình Two Ray Ground ............................................................................... 56 3.1.6.3. Mô hình Shadowing ......................................................................................... 56 3.1.7. Tạo ngữ cảnh chuyển động .................................................................................. 57 3.1.8. Tạo diện tích mô phỏng ....................................................................................... 57 3.1.9. Tạo các thực thể giao thức và các nguồn sinh lưu lượng .................................... 57 3.1.10. Tạo các dạng chuyển động theo mẫu ................................................................ 58 3.2. Mô hình mô phỏng cho kết nối MANET với INTERNET .................................... 60 3.2.1. Mô tả .................................................................................................................... 60 3.2.2. Thiết lập các thông số mô phỏng ............................................................................ 62 3.2.3. Các tham số cố định ............................................................................................ 63 3.3. Tiến hành mô phỏng, nhận xét kết quả ...................................................................... 63 3.3.2. Các độ đo được dùng đánh giá hiệu năng ........................................................... 65 3.3.3. Kết quả mô phỏng ............................................................................................... 65 Kết luận chương 3 ......................................................................................................... 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 68 1. Kết luận ...................................................................................................................... 68 2. Kiến nghị ................................................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 69 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 71 1. Kịch bản TCL thực hiện mô phỏng cho mạng MANET ........................................... 71 2. Kịch bản AWK phân tích kết quả mô phỏng ............................................................ 78
7. BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Ý nghĩa MANET Mobile Ad Hoc Network DSDV Destination Sequenced Distance Vector TORA Temporally Ordered Routing Algorihm DSR Dynamic Source Routing AODV Ad Hoc On-Demand Distance Vector DARPA Defense Advanced Research Projects Agency IETF INTERNET Engineering Task Force IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers LSA Link State Advertisment LSDB Link State Database WRP Wireless Routing Protocol GSR Global State Routing CBRP Cluster Based Routing Protocol ZPR Zone Routing Protocol ZHLS Zone-based Hierarchical Link State Routing Protocol RREQ Route Request RREP Route Reply RRER Route Error DCF Distributed Coordination Function TTL Time To Live IWU Interworking Unit
8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Các tham số của mô hình Random Waypoint. ............................................. 60 Bảng 3.2. Các tham số Các tham số cố định trong mô phỏng...................................... 63
9. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Minh họa mạng MANET.............................................................................. 3 Hình 1.2. Biểu đồ mạng MANET ................................................................................ 4 Hình 1.3. Mạng máy chủ di động ................................................................................. 5 Hình 1.4. Hình minh hoạ mạng có các thiết bị di động không đồng nhất. ................... 6 Hình 1.5. Chế độ IEEE-Ad Hoc ................................................................................... 6 Hình 1.6. Chế độ cơ sở hạ tầng. ................................................................................... 7 Hình 1.7. Singal-hop ..................................................................................................... 7 Hình 1.8. Multi-hop ..................................................................................................... 8 Hình 1.9. Mô hình mạng phân cấp .............................................................................. 9 Hình 1.10. Mô hình mạng Aggregate. .......................................................................... 9 Hình 1.11. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad Hoc. ........................... 11 Hình 1.12. Các trường trong gói tin RREQ .................................................................. 14 Hình 1.13. Các trường trong gói tin RREP .................................................................. 16 Hình 1.14. Cách thức gửi gói tin khi MN ở mạng ngoài .............................................. 18 Hình 1.15. Định tuyến tam giác .................................................................................... 19 Hình 1.16. MN sử dụng địa chỉ IP của FA làm CoA ................................................... 20 Hình 1.17. Faold gửi gói tin đến FAnew ...................................................................... 21 Hình 1.18. Nút thăm thay đổi kết nối link-layer .......................................................... 22 Hình 2.1. Phân loại các giải pháp tích hợp dựa vào thủ tục khám phá cổng ............... 25 Hình 2.2. Giao thức mở rộng dung lượng mobile IP trong mạng Ad Hoc .................. 26 Hình 2.3. Kiến trúc mạng tích hợp ............................................................................... 29 Hình 2.4. Kiến trúc mạng OLSR-IP ............................................................................. 30 Hình 2.5. Vùng phủ sóng của FA1 và FA2 với TTL có giá trị bằng 3 ........................ 38 Hình 2.6. Ba nút thăm không thể liên lạc được với FA thông qua chào mời tác nhân của chúng ...................................................................................................................... 39 Hình 2.7. Ba nút đến thăm điều phối chào mời tác nhân của chúng . .......................... 40 Hình 2.8. Nút trung gian trả lời với quảng cáo tác nhân lưu trữ . ................................ 40 Hình 2.9. Sử dụng quảng cáo tác nhân lưu trữ trong khi FA không còn truy cập được........ . .................................................................................................................... 41 Hình 2.10. Hạn chế khi một nút không chuyển sang FA gần hơn ..... ......................... 42 Hình 2.11. Minh họa của thuật toán MANET Cell Switching. .................................... 46 Hình 2.12. MIPMANET Interworking Unit ................................................................. 47 Hình 2.13. Thiết lập đường truyền sử dụng đường hầm broadcast .............................. 48 Hình 2.14. Gói tin đường hầm broadcast. .................................................................... 49 Hình 3.1. Cấu trúc của NS2. ......................................................................................... 51 Hình 3.2. Cấu tạo nút di động mô phỏng trong NS2. ................................................... 52
10. Hình 3.3. Các mô hình truyền thông trong NS2. .......................................................... 58 Hình 3.4. Di chuyển của một nút theo mô hình Random Waypoint. ........................... 59 Hình 3.5. Hình ảnh mô phỏng các nút di động kết nối với HA.................................... 61 Hình 3.6. Các nút di động di chuyển về phía FA. ........................................................ 61 Hình 3.7. Thực thi awk script để phân tích kết quả file trace. ..................................... 66 Hình 3.8. Biểu đồ thông lượng dữ liệu trung bình. ...................................................... 66 Hình 3.9. Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình của các gói dữ liệu. .................................... 67