(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa cơ chế sử dụng năng lượng của các nút di động nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến trong mạng AD hoc

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ĐẶNG HẢI NAM NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA CƠ CHẾ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC NÚT DI ĐỘNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU NĂNG ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 52 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ ĐÌNH CƯỜNG Thái Nguyên - 2021 ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu vấn đề tối ưu hoá chế sử dụng lượng nút di động nhằm nâng cao hiệu định tuyến mạng ad hoc” nhận giúp đỡ, bảo nhiệt tình thầy, giáo Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên để hoàn thành luận văn Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, Khoa Công nghệ Điện tử Truyền thông, thầy giáo, cô giáo thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên tham gia quản lý, giảng dạy giúp đỡ suốt q trình học tập, nghiên cứu Tơi xin bày tỏ biết ơn đặc biệt đến Thầy TS Đỗ Đình Cường - người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ kiến thức, tài liệu phương pháp để tơi hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, cổ vũ, khích lệ giúp đỡ suốt thời gian qua Mặc dù có nhiều cố gắng suốt q trình thực đề tài, song có thểcịn có mặt hạn chế, thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp dẫn thầy giáo bạn để luận văn hồn thiện Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2021 Học viên Đặng Hải Nam iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu mạng ad hoc di động 1.1.1 Định nghĩa đặc trưng mạng ad hoc di động 1.1.2 Đặc điểm mạng ad hoc di động 1.1.3 Ứng dụng mạng ad hoc di động 1.2 Một số công nghệ mạng ad hoc di động 1.2.1 Các đặc tả IEEE 802.11 1.2.2 Công nghệ không dây Bluetooth 10 1.2.3 Mô hình kiến trúc giao thức IEEE 802.11b 12 1.2.4 Mạng ad-hoc với IEEE 802.11b 13 1.2.5 Mạng ad-hoc Bluetooth 17 1.3 Định tuyến mạng ad hoc di động 19 1.3.1 Những yêu cầu giao thức định tuyến mạng ad hoc di động 19 1.3.2 Giao thức định tuyến AODV 20 1.4 Kết luận Chương 28 CHƯƠNG VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG AD HOC DI ĐỘNG THEO CÁCH TIẾP CẬN LIÊN TẦNG 30 2.1 Tổng quan thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa lượng 30 2.2 Phương pháp tối ưu hóa lượng sở cường độ tín hiệu nhận 31 2.2.1 Cơ chế hội thoại lượng 32 2.2.2 Loại bỏ liên kết chiều 35 iv 2.2.3 Khám phá đường tin cậy 37 2.3 Phương pháp định tuyến tiết kiệm lượng cho mạng cảm biến 39 2.3.1 Khởi tạo mạng 40 2.3.2 Đăng ký mạng 44 2.3.3 Độ đo giá đường 45 2.3.4 Quá trình hoạt động 46 2.4 Phương pháp định tuyến sở nhận biết chất lượng liên kết 47 2.4.1 Thuật toán chuyển tiếp RREQ 47 2.4.2 Định tuyến đầu cuối có nhận biết chất lượng liên kết 50 2.5 Tổng kết chương 53 CHƯƠNG NÂNG CAO HIỆU NĂNG ĐỊNH TUYẾN CỦA MẠNG AD HOC DI ĐỘNG BẰNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CLPC 55 3.1 Kiến trúc xuyên tầng giao thức CLPC 55 3.2 Điều khiển động lượng truyền 56 3.2 Tiến trình tìm đường 59 3.3 Tiến trình tìm lại đường 61 3.4 Phân tích đánh giá hiệu giao thức CLPC 62 3.4.1 Các độ đo hiệu 62 3.4.2 Cấu hình mơ 63 3.4.3 Phân tích hiệu theo tốc độ di chuyển nút mạng 63 3.4.4 Phân tích hiệu theo kích cỡ mạng 68 3.5 Kết luận Chương 71 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 v DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Các tham số cấu hình mơ 63 Bảng 3.2 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo tốc độ di chuyển 64 Bảng 3.3 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành cơng theo tốc độ di chuyển 65 Bảng 3.4 Giá trị tổng số gói tin điều khiển theo tốc độ di chuyển 67 Bảng 3.5 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành công theo số lượng nút 68 Bảng 3.6 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút 69 Bảng 3.7 Giá trị số lượng gói tin điều khiển theo số lượng nút 70 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Minh họa mạng ad hoc di động Hình 1.2 Ví dụ minh họa mạng ad hoc di động xe bus Hình 1.3 Một ví dụ mạng Rooftop Hình 1.4 Mơ hình tham chiếu OSI IEEE 802.11 10 Hình 1.5 Thơng số chuẩn IEEE 802.11 Bluetooth 11 Hình 1.6 Các chế độ hoạt động IEEE 802.11b 12 Hình 1.7 Kiến trúc IEEE 802.11 13 Hình 1.8 Sử dụng frame ATIM 15 Hình 1.9 Cửa sổ ATIM 16 Hình 1.10 Tác động frame ATIM chế độ tiết kiệm lượng 17 Hình 1.11 Cấu trúc gói RREQ 23 Hình 1.12 Cấu trúc gói RREP 25 Hình 1.13 Cấu trúc gói RRER 27 Hình 2.1: Chia sẻ thơng tin thiết kế xun tầng 32 Hình 2.2 Tiến trình truyền RREP thất bại 36 Hình 2.3 Tiến trình khám phá đường tin cậy 38 Hình 2.4 Sơ đồ luồng giao thức xuyên tầng 39 Hình 2.5 Véc tơ quảng bá khởi tạo 40 Hình 2.6 Ví dụ tiến trình khởi tạo mạng đơn giản 40 Hình 2.7 Mơ hình minh họa quan trọng tham số X 42 Hình 2.8: Bảng định tuyến xây dựng sở IBV IBF 43 Hình 2.9 Lượng giá đường theo lượng lại nút 46 Hình 2.10 Minh họa trình chuyển tiếp gói RREQ AODV 48 Hình 2.11 Minh họa q trình chuyển tiếp gói RREQ giao thức LAAODV 52 Hình 3.1 Thiết kế xuyên tầng giao thức CLPC 56 Hình 3.2 Phân loại vùng truyền thơng theo giá trị RSS 58 vii Hình 3.3: Tiến trình tìm đường 59 Hình 3.4: Lưu đồ thuật tốn tiến trình tìm đường 60 Hình 3.5 Tiến trình tìm lại đường 62 Bảng 3.2 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo tốc độ di chuyển 64 Hình 3.6: Biểu đồ trễ đầu cuối theo tốc độ di chuyển 65 Bảng 3.3 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành cơng theo tốc độ di chuyển 65 Hình 3.7 Biểu đồ tỉ lệ truyền gói thành công theo tốc độ di chuyển 66 Bảng 3.4 Giá trị tổng số gói tin điều khiển theo tốc độ di chuyển 67 Hình 3.8: Biểu đồ tải định tuyến theo tốc độ di chuyển 67 Bảng 3.5 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành cơng theo số lượng nút 68 Hình 3.9 Biểu đồ Tỷ lệ truyền gói thành công theo số lượng nút 69 Bảng 3.6 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút 69 Hình 3.10 Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút 70 Hình 3.11 Biểu đồ tổng số gói tin điều khiển theo số lượng nút 71 MỞ ĐẦU Mặc dù ý tưởng nghiên cứu mạng ad hoc di động (Mobile Ad hoc Network) có từ năm 70 kỷ XX nghiên cứu công nghệ Mobile Packet Radio, nhiều vấn đề mạng ad hoc di động dành quan tâm cộng đồng nghiên cứu như: toán định tuyến, tối ưu hóa tầng vật lý tầng MAC, khả tự cấu hình, vấn đề an ninh, ứng dụng dịch vụ cho mạng ad hoc kiến trúc chúng … Một mạng ad hoc di động làm việc nguyên lý quảng bá theo chặng từ nút nguồn tới nút láng giềng nằm phạm vi truyền thơng Các vấn đề liên quan tới lượng truyền thông vấn đề phổ biến ảnh hưởng tới chức mạng khơng dây phi cấu trúc Nó liên quan tới toàn tầng ngăn xếp giao thức, từ tầng vật lý tới tầng chuyển vận làm phát sinh ba vấn đề chính: độ trễ cao, gói tin thơng lượng thấp Do tính chất khác biệt mạng ad hoc di động so với mạng truyền thống, có nhiều thách thức cần giải từ nhà nghiên cứu triển khai công nghệ mạng Để góp phần giải vấn đề thách thức mạng ad hoc di động, giao thức định tuyến sử dụng mạng cần đảm bảo yêu cầu tối thiếu hoá tải điều khiển tải xử lý, hỗ trợ định tuyến đa chặng, đáp ứng thay đổi topo mạng ngăn chặn định tuyến lặp Khi giao thức thiết kế theo nguyên tắc phân tầng, hoạt động giao thức tập trung vào tầng cụ thể mà khơng xem xét tới tham số từ tầng khác mơ hình ngăn xếp giao thức Vì vậy, hoạt động giao thức đạt mục tiêu tầng mà thiết kế không tối ưu cho vấn đề điều khiển lượng truyền thông gây ảnh hưởng tới hiệu tồn mạng Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu đề xuất nhằm cải tiến giao thức định tuyến cho mạng ad hoc di động Tuy nhiên, đề xuất cải tiến áp dụng cho giao thức định tuyến nhóm giao thức có chung chiến lược định tuyến định Các so sánh đánh giá hiệu giao thức cải tiến so với giao thức ban đầu tập trung vào số mơ hình tốn học kịch mô định mạng ad hoc di động Vì vậy, ngữ cảnh triển khai mạng ad hoc di động với yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến sử dụng giao thức định tuyến cách phù hợp Đề tài tập trung nghiên cứu vào số phương pháp kỹ thuật cải tiến giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc di động sở phương pháp tiếp cận xuyên tầng nhằm tối ưu hóa việc sử dụng lượng truyền thông để nâng cao hiệu mạng Trong đó, tập trung vào phương pháp sử dụng thơng tin độ mạnh tín hiệu thu (RSS) từ tầng vật lý để xây dựng chế điều khiển lượng truyền động tích hợp vào giao thức AODV tầng định tuyến nhằm tối ưu việc sử dụng lượng nút mạng tăng độ tin cậy truyền thông Cấu trúc luận văn trình bày sau: Chương trình bày tổng quan mạng ad hoc di động ứng dụng mạng Các đề xuất tối ưu hóa lượng mạng ad hoc di động trình bày Chương Thiết kế, thuật tốn, mơ phỏng, phân tích đánh giá giao thức CLPC tiếp cận theo hướng xuyên tầng nhằm tối ưu hóa lượng mạng ad hoc di động trình bày trrong Chương Cuối phần kết luận đưa tổng kết hướng phát triển luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu mạng ad hoc di động 1.1.1 Định nghĩa đặc trưng mạng ad hoc di động Theo định nghĩa Tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force), mạng ad hoc di động, gọi ad hoc di động ( Mobile Ad-hoc Network) vùng tự trị (Autonomous System) định tuyến kết nối với liên kết không dây Mỗi nút mạng vừa đóng vai trị thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trị định tuyến Các nút di chuyển cách tự làm cho kiến trúc mạng thay đổi liên tục Hình 1.1 Minh họa mạng ad hoc di động Như thấy mạng ad hoc di động bao gồm tập nút khơng dây di động trao đổi liệu cách linh động mà không cần hỗ trợ trạm sở cố định mạng có dây Mỗi nút di động có phạm vi truyền giới hạn, chúng cần trợ giúp nút láng giềng để chuyển tiếp gói liệu Hình 1.1 ví dụ minh họa cho mạng ad hoc di động Trong ví dụ này, gói tin từ nút nguồn máy tính cần chuyển tới nút đích điện thoại thông minh không nằm phạm vi truyền nút nguồn Vì 60 chuyển tiếp gói tin tới nút đích Sau đó, nút đích sinh gửi gói RREP nút nguồn Cuối cùng, nút nguồn xác định liên kết quan trọng tới đích thơng tin trở thành đường tới đích bảng định tuyến Hình 3.3 minh họa tiến trình khám phá đường Hình 3.4 giải thích lưu đồ thuật tốn tiến trình tìm đường Hình 3.4: Lưu đồ thuật tốn tiến trình tìm đường 61 Trong Hình 3.3, nút nguồn S quảng bá gói RREQ tới nút láng giềng (nút 1, 2, 3) Trên thực tế, nút nút láng giềng S khơng nằm vùng truyền thơng lớn trung bình Nút nguồn chọn nút nút tin cậy nằm vùng truyền thơng lớn Sau đó, nút chuyển tiếp gói RREQ tới vùng truyền thơng lớn tiếp theo, nút Nút chuyển tiếp gói RREQ tới vùng truyền thơng lớn nút cuối nút 11 Nút sau truyền gói RREQ tới nút đích D Nút D đáp ứng lại cách gửi gói RREP tới nút nguồn Cần ý nút D có hành động đáp ứng cho gói RREQ Các gói RREQ nhận bị nút D bỏ qua Gói RREP theo đường ngược lại với đường mà gói RREQ qua Do đó, đường S->3->6->9->11->D đường tin cậy nút nguồn nút đích 3.3 Tiến trình tìm lại đường Mọi nút mạng đường định kỳ tính tốn giá trị RSS chúng cách sử dụng thuật toán điều khiển động lượng truyền Nếu giá trị RSS nút với giá trị AMin_RSS, khả nút trung gian di chuyển khỏi vùng truyền thơng lớn xảy Điều dẫn đến khả liên kết bị phá vỡ Trong tình này, nút mạng đứng trước nút di chuyển khởi tạo chế tìm đường để thiết lập lại đường tới đích Thuật tốn thuật tốn tìm lại đường Thuật tốn Cơ chế tìm lại đường Begin Các nút đường tính giá trị RSS theo Thuật tốn if (RSS_hiện_tại == AMin_RSS_nút_trước) /* liên kết bị phá vỡ */ Nút trước khởi tạo tiến trình tìm đường a if (tìm thấy đường thay thế) Truyền gói liệu ttheo đường thay b else Tiếp tục sử dụng đường bị phá vỡ End 62 Hình 3.5 Tiến trình tìm lại đường Trong Hình 3.5, nút di chuyển từ dường tới vị trí (nút 3’) Khi đó, giá trị RSS nút giảm Khi giá trị với giá trị AMin_RSS nút S, nút dự đốn liên kết với nút bị phá vỡ Nó cố gắng tìm kiếm nút khác nằm vùng truyền thơng lớn thiết lập lại đường Đường đường thiết lập nút S sử dụng nút trung gian nút nút Do đó, đường S->2->5->6->10>11->D Trong trường hợp nút S khơng thể tìm nút láng giềng vùng truyền thơng lớn mình, nút vùng trung bình nút AMin_RSS 3.4 Phân tích đánh giá hiệu giao thức CLPC 3.4.1 Các độ đo hiệu Các độ đo hiệu quan trọng sau sử dụng mô phỏng: - Tỷ lệ truyền gói thành cơng (PDR): Tỷ lệ tổng số gói tin nút đích nhận tổng số gói tin nút nguồn gửi 63 - Trễ đầu cuối: Thời gian trễ gói tin di chuyển từ nút nguồn qua nút trung gian tới nút đích - Tải định tuyến: Số lượng gói tin điều khiển truyền q trình mơ Đối với gói tin gửi qua nhiều chặng, lần truyền qua chặng tính gói tin điều khiển truyền 3.4.2 Cấu hình mô Tham số mạng Giá trị Tốc độ 10-35 m/s Tải lưu lượng 20% kích thước mạng Tốc độ gửi gói tin gói/giây Kích thước đồ 1000 x 1000 Phạm vi truyền tối đa 250m Độ nhạy thiết bị nhận (Min RSS) -90 dBm Giao thức tầng MAC IEEE 802.11 Giao thức định tuyến CLPC, AODV Kích thước gói liệu 512 bytes Giao thức tầng Transport UDP Loại ứng dụng CBR (tốc độ truyền bit cố định) Thời gian mơ 900 giây Mơ hình kênh truyền Two Ray Model Mơ hình di chuyển Continues Mobility Bảng 3.1: Các tham số cấu hình mơ 3.4.3 Phân tích hiệu theo tốc độ di chuyển nút mạng Kết mô so sánh hiệu trễ đầu cuối, tỷ lệ truyền gói thành cơng tải định tuyến giao thức CLPC AODV mô sử dụng tham số cấu hình mơ Bảng 3.1 cho 100 nút mạng với 20 luồng liệu đưa Bảng 3.2, 3.3 3.4 Biểu đồ minh họa 64 mối tương quan tham số hiệu với tốc độ di chuyển nút mạng thể Hình 3.6, 3.7 3.8 Khi nút di chuyển với tốc độ thấp (0-10m/s), trễ đầu cuối mạng sử dụng hai giao thức tăng theo kiểu tuyến tính khác biệt độ đo mạng sử dụng hai giao thức nhỏ Khi vận tốc nút tăng từ 15 đến 35 m/s, liên kết thường xuyên bị phá vỡ Trong giao thức AODV, sau nhận thông điệp liên kết bị phá vỡ, nút nguồn khởi tạo lại yêu cầu tìm đường tới nút đích làm tăng trễ đầu cuối Tuy nhiên, thuật toán điều khiển động lượng truyền giao thức CLPC dự đoán khả liên kết bị phá vỡ Trong tình này, thuật tốn tìm đường thiết lập lại đường phạm vi nội trước liên kết bị phá vỡ Do đó, so sánh hiệu giao thức CLPC với giao thức AODV khoảng tốc độ di chuyển nút từ 15 đến 30 m/s, trễ đầu cuối giao thức CLPC giảm khoảng 13% so với giao thức AODV Khi tốc độ di chuyển nút cao (từ 30 tới 35 m/s), trễ đầu cuối giao thức CLPC giảm xấp xỉ 7% so với giao thức AODV Tốc độ di chuyển (m/s) Trễ truyền gói đầu cuối trung bình (s) AODV CLPC 0.23 0.22 0.36 0.28 10 0.44 0.39 15 0.79 0.68 20 0.96 0.83 25 1.09 0.96 30 1.20 1.09 35 1.39 1.28 Bảng 3.2 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo tốc độ di chuyển 65 AODV CLPC Trế đầu cuối trung bình (s) 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 Hình 3.6: Biểu đồ trễ đầu cuối theo tốc độ di chuyển Tốc độ di chuyển (m/s) Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) AODV CLPC 93.15 95.45 86.72 93.82 10 83.53 88.25 15 75.53 85.65 20 67.94 77.61 25 60.17 68.78 30 52.65 59.87 35 49.30 54.10 Bảng 3.3 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành công theo tốc độ di chuyển 66 Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) AODV CLPC 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 Hình 3.7 Biểu đồ tỉ lệ truyền gói thành cơng theo tốc độ di chuyển Bảng 3.3 Hình 3.7 cho thấy, tỉ lệ truyền gói thành cơng hai giao thức có độ chênh lệch thấp tốc độ nút di chuyển thấp (0-10 m/s) Khi tốc độ di chuyển nút tăng lên từ 15 đến 35 m/s, liên kết thường xuyên bị phá vỡ làm gói tin Điều dẫn đến yêu cầu phải xay dựng đường nút nguồn nút đích Việc tạo tiến trình tìm đường có giá đắt số lượng lớn gói RREQ phải sinh truyền đi, dẫn đến tượng tắc nghẽn mạng Việc truyền lại gói RREQ tiêu tốn nhiều tài nguyên mạng làm giảm hiệu mạng Một lý mà giao thức CLPC có tỉ lệ truyền thành cơng số gói tin liệu cao so với giao thức AODV giao thức CLPC sử dụng ba vùng truyền thơng (nhỏ nhất, trung bình, lớn nhất) sở cường độ tín hiệu nhận nút nguồn chọn nút vùng truyền thông lớn để quảng bá Kết số lượng gói tin liệu bị giao thức CLPC so với giao thức AODV Ở vận tốc 15-30 m/s, tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức CLPC cao xấp xỉ 12,5% so với giao thức AODV Khi vận tốc nút cao (30-35 m/s), tham số hiệu giao thức CLPC tốt giao thức AODV xấp xỉ 7% 67 Tổng số gói tin điều khiển Tốc độ di chuyển (m/s) AODV CLPC 6744.95 6604.01 9090.21 7855.00 10 11014.10 9622.21 15 14772.18 12418.22 20 16846.60 14794.94 25 20860.17 17723.83 30 22979.82 20382.09 35 24566.58 22839.56 Bảng 3.4 Giá trị tổng số gói tin điều khiển theo tốc độ di chuyển Khi xem xét tải định tuyến (Bảng 3.4 Hình 3.8), vận tốc nút nằm khoảng bình thường (0-10 m/s), giao thức CLPC dường khơng tốt giao thức AODV vận tốc khả kết nối bị phá vỡ thấp tiến trình tìm đường tối thiểu Khi nút mạng di chuyển nhanh (15-35 m/s), việc liên kết bị phá vỡ xảy thường xuyên Giao thức AODV khởi tạo tiến trình tìm đường cách sử dụng gói RREQ Số lượng gói tin RREQ nhiều làm tăng tải định tuyến mạng làm giảm hiệu mạng nghìn Tổng số gói tin điều khiển AODV CLPC 25 20 15 10 5 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 Hình 3.8: Biểu đồ tải định tuyến theo tốc độ di chuyển 68 Thuật toán giao thức CLPC sử dụng chế điều khiển lượng động để giúp cho nút dự đoán tượng phá vỡ liên kết Thông tin hỗ trợ cho nút tạo quyét định sớm để giải vấn đề liên kết bị phá vỡ phạm vi nội Ưu điểm chế điều chỉnh lượng truyền sở cường độ tín hiệu nhận nút Cơ chế giúp phân tách nút sở nút có liên kết yếu nút có liên kết mạnh Các gói RREQ chuyển tiếp từ nút có liên kết mạnh mà bỏ qua nút có liên kết yếu Do đó, tải định tuyến giao thức CLPC giảm xuống so sánh với giao thức AODV Khi vận tốc nút khoảng 15-30 m/s, số lượng gói tin điều khiển CLPC giảm khoảng 15% so với giao thức AODV Khi vận tốc nút cao (30-35 m/s), giao thức CLPC có hiệu tải định tuyến tốt khoảng 9% so với giao thức AODV 3.4.4 Phân tích hiệu theo kích cỡ mạng Những thử nghiệm so sánh hiệu giao thức CLPC giao thức AODV mạng có kích cỡ nhỏ mạng có kích cỡ lớn Theo đó, kích cỡ mạng lựa chọn khoảng từ 100 nút tới 200 nút với số lượng luồng liệu cao 20% kích cỡ mạng, vận tốc nút tối đa 10 m/s thời gian tạm dừng lần di chuyển 30 giây Tỉ lệ truyền gói thành Số lượng nút cơng (%) AODV CLPC 100 86.97 90.80 125 73.62 80.76 150 64.59 76.90 175 53.43 63.71 200 33.19 38.13 Bảng 3.5 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành cơng theo số lượng nút Kết mơ tỉ lệ truyền gói thành công thay đổi số lượng nút mạng đưa Bảng 3.5 mối tương quan thay đổi hai tham số thể biểu đồ Hình 3.9 69 Trong Hình 9, với mạng có kích cỡ 100 nút, có có khác biệt nhỏ tỉ lệ truyền gói thành cơng hai giao thức Khi kích cỡ mạng tăng lên 175 nút, giao thức CLPC chạy thuật toán động điều khiển truyền để giảm lượng truyền thuật tốn tìm đường thay để giảm số lượng liên kết bị phá vỡ Điều giải thích tỷ lệ truyền gói thành cơng giao thức CLPC tăng từ 10% đến 15% so với giao thức AODV Khi kích cỡ mạng tăng đến 200 nút, giao thức CLPC đạt hiệu tỉ lệ truyền gói thành cơng cao 9% so với giao thức AODV Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) AODV CLPC 100 90 80 70 60 50 40 30 20 100 125 150 Số lượng nút 175 200 Hình 3.9 Biểu đồ Tỷ lệ truyền gói thành cơng theo số lượng nút Số lượng nút Trễ đầu cuối trung bình (s) AODV CLPC 100 0.48 0.43 125 1.30 0.99 150 2.34 1.87 175 3.15 2.64 200 3.97 3.62 Bảng 3.6 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút 70 Trễ đầu cuối trung bình (s) AODV CLPC 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 100 125 150 Số lượng nút 175 200 Hình 3.10 Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút Bảng 3.6 Hình 3.10 cho thấy so sánh trễ đầu cuối giao thức CLPC AODV Khi kích thước mạng 100 nút, khác biệt tham số hiệu hai giao thức nhỏ Khi kích cỡ mạng tăng lên đến 175 nút, giao thức CLPC sử dụng chế động điều khiển lượng để phát liên kết bị phá vỡ nhanh chóng áp dụng chế tìm đường dự phịng Số lượng nút Số lượng gói tin điều khiển AODV CLPC 100 12094.40 9397.85 125 21114.40 15976.39 150 39159.23 28869.51 175 58998.54 48001.15 200 71110.45 64233.86 Bảng 3.7 Giá trị số lượng gói tin điều khiển theo số lượng nút 71 nghìn Số lượng gói tin điều khiển AODV CLPC 80 70 60 50 40 30 20 10 100 125 150 175 Số lượng nút 200 Hình 3.11 Biểu đồ tổng số gói tin điều khiển theo số lượng nút Bảng 3.7 Hình 3.11 cho thấy mối tương quan trễ đầu cuối giao thức CLPC giao thức AODV Khi kích thước mạng 100 nút, khơng có nhiều khác biệt trễ đầu cuối giao thức CLPC giao thức AODV Khi kích thước mạng phát triển lên 175 nút, giao thức CLPC sử dụng chế kiểm soát lượng động để phát liên kết xảy đứt gãy nhanh chóng áp dụng chế tìm đường thay Mặt khác, giao thức AODV phản hồi liên kết thực bị đứt Do đó, trễ đầu cuối giao thức AODV lớn hơn 20% so với giao thức CLPC Cuối cùng, kích thước mạng tăng lên đến 200 nút, thực nghiệm mô chứng minh giao thức CLPC có trễ đầu cuối giảm khoảng 9,5% so với giao thức AODV 3.5 Kết luận Chương Kiến trúc xuyên tầng đề xuất cho phép điều chỉnh lượng truyền tạo tầng Vật lý sau nút nhận thông tin Cường độ tín hiệu nhận (RSS) nút láng giềng Việc điều chỉnh lượng truyền giúp cho nút thay đổi động phạm vi truyền tầng Vật lý lượng truyền ảnh hưởng trực tiếp tới phạm vi truyền Thông tin RSS truyền từ tầng Vật lý lên tầng Mạng để đưa định tối ưu 72 giao thức định tuyến Ưu điểm kiến trúc cho phép tầng phía (tầng MAC tầng Mạng) truy cập thông tin từ tầng Vật lý Hình 3.1 minh họa tương tác xuyên tầng kiến trúc Đối với giao thức AODV, đường chọn cài đặt vào bảng định tuyến chuyển tiếp liệu đường ngắn số chặng Vì vậy, đường hình thành từ liên kết dài yếu dẫn đến mức độ ổn định tính bền vững đường khơng cao Giao thức CLPC đề xuất nhằm cải tiến giao thức AODV theo hướng tiếp cận xuyên tầng với đề xuất chính: (1) kỹ thuật điều khiển lượng truyền; (2) chế tìm đường tối ưu lượng (3) chế tìm lại đường lỗi xảy kiểm nghiệm, so sánh đánh giá hiệu với giao thức AODV Kết thực nghiệm kịch cho thấy giao thức CLPC đạt hiệu cao so với giao thức AODV 73 KẾT LUẬN Mạng ad hoc di động mạng không dây tạo thành, hủy bỏ, thay đổi cách tự động mà khơng cần có can thiệp người dùng Đặc trưng lớn ad hoc di động khả tự hình thành tính đa chặng Cơng nghệ mạng ad hoc di động có tiềm ứng dụng lớn vào lĩnh vực quân sự, phòng chống thảm họa, hội thảo, tính tốn phân tán, mạng cảm biến, mạng Rooftop mở rộng phạm vi điểm truy cập Trong đề tài này, thực cơng việc sau:  Tìm hiểu tổng quan mạng ad hoc di động ứng dụng thực tế; công nghệ sử dụng triển khai mạng không dây kiểu không cấu trúc IEEE 802.11b, Bluetooth; Nghiên cứu vấn đề định tuyến chế hoạt động giao thức định tuyến AODV mạng ad hoc di động  Nghiên cứu đề xuất cải tiến mạng ad hoc di động theo hướng tiếp cận xuyên tầng nhằm tiết kiệm lượng  Nghiên cứu cài đặt mô đề xuất cải tiến giao thức AODV thành giao thức CLPC theo hướng tiếp cận xuyên tầng nhằm tối ưu hóa lượng nâng cao hiệu mạng ad hoc di động Do thời gian kiến thức cịn hạn chế nên kịch mơ cịn tương đối đơn giản chưa thực với ngữ cảnh mạng thực tế Các so sánh đánh giá hiệu dừng lại việc so sánh giao thức gốc AODV giao thức cải tiến CLPC Đề tài phát triển theo hướng cài đặt nhiều đề xuất cải tiến trình bày Chương để có phân tích, đánh giá sâu sắc ưu nhược điểm phương pháp cải tiến đề xuất 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Ahmed A., Kumaran T., Syed S, Subburam S (2014), “Cross-Layer Design Approach for Power Control in Mobile Ad Hoc Networks”, Egyptian Informatics Journal, vol.16, pp 1-7 [2] Basagni S., Conti M., Giordano S., Stojmenovic I (2004), Mobile Ad hoc Networking, IEEE Press, USA [3] Bluetooth SIG Inc, “Bluetooth Core Specification”, Version 5.1, November 2019, http://www.bluetooth.com [4] I.S Department (1999), “IEEE 802.11 Wireless Lan Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications”, ANSI/IEEE Standard 802.11 [5] Mahlknecht S, Madani SA, Roetzer M Energy aware distance vector routing scheme for data centric low-power wireless sensor networks IEEE Commun Mag Oct 2005;40:70–6 [6] Moh Sangman (2009), Link quality aware route discovery for robust routing and high performance in mobile ad hoc networks In: Proc HPCC [7] Perkins C., Belding-Royer E., Das S (2003), “Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing”, RFC 3561, Available at: https://www.ietf.org/rfc-/rfc3561.txt [8] Ramachandran, Shanmugavel S Received signal strength based crosslayer designs in mobile ad-hoc networks IETE Tech Rev 2009;25(4):192–200 [9] V Kawadia, and P R Kumar, “Principles and protocols for power control in wireless ad-hoc networks,” IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Part I, Vol 23, No 1, pp 78-88, 2005 [10] T S Rappaport (2002), “Wireless communication: Past event and a future perspective,” IEEE Communication Magazine, Vol 40, No 5, pp 148161 [11] A J Goldsmith, and S B (2002), “Design challenges for energy constrained Ad-hoc wireless networks,” IEEE Wireless Communication, Vol 9, pp 8-27 ...ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu vấn đề tối ưu hoá chế sử dụng lượng nút di động nhằm nâng cao hiệu định tuyến mạng ad hoc? ?? nhận giúp đỡ, bảo nhiệt... 30 CHƯƠNG VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG AD HOC DI ĐỘNG THEO CÁCH TIẾP CẬN LIÊN TẦNG 2.1 Tổng quan thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa lượng Mạng ad hoc di động tập nút mạng khơng dây... VỀ MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu mạng ad hoc di động 1.1.1 Định nghĩa đặc trưng mạng ad hoc di động 1.1.2 Đặc điểm mạng ad hoc di động 1.1.3 Ứng dụng