(Luận án tiến sĩ) nâng cao hiệu năng mạng manet sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ———————————- LÊ HỮU BÌNH NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG MANET SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI - 2019 luan an VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIÊN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ *** LÊ HỮU BÌNH NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG MANET SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN LUẬN ÁN TIẾN SỸ CƠNG NGHỆ THƠNG TIN Chun ngành: Hệ thống thơng tin Mã số: 48 01 04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Võ Thanh Tú PGS.TS Nguyễn Văn Tam HÀ NỘI - 2019 i luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ với tiêu đề "Nâng cao hiệu mạng MANET sử dụng kỹ thuật định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn" cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Võ Thanh Tú PGS.TS Nguyễn Văn Tam, trừ kiến thức tham khảo từ tài liệu rõ Các kết quả, số liệu trình bày luận án trung thực, phần công bố Tạp chí Kỷ yếu Hội thảo khoa học chun ngành (danh mục cơng trình cơng bố tác giả trình bày cuối Luận án), phần cịn lại chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 17 tháng 11 năm 2019 Tác giả Lê Hữu Bình ii luan an LỜI CẢM ƠN Luận án thực Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nghiên cứu sinh (NCS) xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ Thanh Tú, người tận tình hướng dẫn, định hướng cho trình nghiên cứu thực luận án, cung cấp kiến thức quý báu chuyên môn lẫn phương pháp nghiên cứu, phương pháp viết báo, báo cáo kỹ thuật, giúp cho NCS có đủ điều kiện hồn thành trình học tập, nghiên cứu thực luận án NCS xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Văn Tam, người tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho Nghiên cứu sinh suốt trình học tập, nghiên cứu, thực Luận án Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam NCS xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp quý báu qua buổi seminar định kỳ hàng tháng quý Thầy Cô, chun gia, NCS nhóm nghiên cứu Cơng nghệ mạng Truyền thông Viện Công nghệ thông tin NCS xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ Hội đồng đánh giá luận án cấp sở, ý kiến góp ý Phản biện, Thành viên hội đồng cho việc chỉnh sửa, hoàn thiện luận án sau bảo vệ cấp sở NCS xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học Cơng nghệ, Viện Cơng nghệ thơng tin, Phịng Tin học Viễn thông tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu thực Luận án NCS xin chân thành Cảm ơn Ban giám hiệu Phòng ban liên quan Trường Cao đẳng công nghiệp Huế, đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành đề tài nghiên cứu Cuối biết ơn sâu sắc tới gia đình ln chia sẻ, cảm thơng cho tơi chuỗi ngày dài miệt mài học tập, nghiên cứu để có kết ngày hơm iii luan an iv MỤC LỤC Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn .iii Danh mục cụm từ viết tắt viii Danh mục hình x Danh mục bảng xv MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu .3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung phương pháp nghiên cứu Các kết nghiên cứu cần đạt .5 Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MANET VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG 1.1 Những vấn đề mạng MANET .8 1.1.1 Nguyên lý 1.1.2 Đặc điểm 10 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu mạng MANET 11 1.2 Định tuyến mạng MANET 12 1.2.1 Tổng quan 12 1.2.2 Phân loại 13 1.3 Tình hình nghiên cứu định tuyến mạng MANET 15 1.3.1 Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) 16 1.3.2 Định tuyến đảm bảo chất lượng truyền dẫn (QoT) 16 1.3.3 Định tuyến cân tải 19 luan an 1.3.4 Một số nhận xét đánh giá 21 1.4 Những đóng góp luận án 22 1.5 Kết luận chương 23 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN CỦA MẠNG MANET KHI SỬ DỤNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO YÊU CẦU VÀ CÂN BẰNG TẢI 24 2.1 Các hiệu ứng vật lý xảy lộ trình truyền liệu 24 2.1.1 Các yếu tố kỹ thuật liên quan 24 2.1.2 Suy hao công suất qua môi trường dẫn 25 2.1.3 Nhiễu tích lũy đường truyền 27 2.2 Hiệu mạng MANET 29 2.2.1 Xác suất chặn gói liệu 29 2.2.2 Thời gian trễ 29 2.2.3 Tỷ lệ tín hiệu nhiễu 30 2.2.4 Tỷ lệ lỗi bit 33 2.2.5 Một số kết tính tốn thảo luận 34 2.3 Chất lượng truyền dẫn lộ trình sử dụng giao thức định tuyến theo yêu cầu 39 2.3.1 Nguyên lý giao thức định tuyến theo yêu cầu 40 2.3.2 Chất lượng truyền dẫn lộ trình 44 2.4 Chất lượng truyền dẫn lộ trình sử dụng giao thức định tuyến cân tải 46 2.4.1 Nguyên lý kỹ thuật định tuyến cân tải 46 2.4.2 Các phương pháp định tuyến cân 46 2.4.3 Chất lượng truyền dẫn lộ trình 48 2.5 Đánh giá chất lượng truyền dẫn hiệu mạng thông qua mô 49 2.5.1 Kịch mô 49 2.5.2 Trường hợp sử dụng giao thức DSR 53 2.5.3 Trường hợp sử dụng giao thức AODV 59 v luan an 2.6 Kết luận chương 62 CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN DỰA TRÊN TẢI LƯU LƯỢNG QUA MỖI LỘ TRÌNH 64 3.1 Đặt vấn đề 64 3.2 Cơ sở lý thuyết liên quan 67 3.2.1 Phân tích xác suất chặn gói liệu dựa lý thuyết hàng đợi 67 3.2.2 Phân tích thời gian trễ dựa lý thuyết hàng đợi 69 3.3 Ý tưởng đề xuất thuật toán 70 3.3.1 Mơ hình giải tích thuật tốn 70 3.3.2 Ý tưởng thực thi thuật toán mơ hình xun lớp 73 3.4 Nguyên lý hoạt động thuật toán 79 3.5 Áp dụng cho giao thức AODV 84 3.5.1 Đặt vấn đề 84 3.5.2 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ RREP 85 3.5.3 Thuật toán định tuyến LBRQT-AODV 86 3.6 Áp dụng cho giao thức DSR 88 3.6.1 Đặt vấn đề 88 3.6.2 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ RREP 89 3.6.3 Thuật toán định tuyến LBRQT-DSR 90 3.7 Mô phân tích kết 92 3.7.1 Xây dựng kịch mô 92 3.7.2 Kết mơ thuật tốn LBRQT-AODV 92 3.7.3 Kết mơ thuật tốn LBRQT-DSR 97 3.7.4 So sánh thuật tốn đề xuất với cơng trình nghiên cứu liên quan 105 3.8 Kết luận chương 107 vi luan an CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN DỰA TRÊN THÔNG TIN ĐỊNH TUYẾN CỦA NÚT NGUỒN 109 4.1 Ý tưởng đề xuất thuật toán 109 4.1.1 Chọn lộ trình cân tải 109 4.1.2 Xác định điều kiện ràng buộc QoT 110 4.2 Mơ hình giải tích thuật tốn 111 4.2.1 Xây dựng hàm mục tiêu điều kiện ràng buộc 111 4.2.2 Ví dụ minh họa 112 4.3 Thực thi thuật toán SLBQT-DSR 116 4.3.1 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ 116 4.3.2 Lưu đồ thuật toán SLBQT-DSR 116 4.4 Mô phân tích kết 118 4.4.1 Kịch mô 118 4.4.2 Kết mô 119 4.4.3 So sánh thuật toán đề xuất với cơng trình nghiên cứu liên quan 125 4.5 Đánh giá ưu nhược điểm thuật toán đề xuất 128 4.5.1 Ưu điểm 128 4.5.2 Nhược điểm 128 4.6 Kết luận chương 129 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN 130 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 132 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 PHỤ LỤC A TÍNH TỐN CHI TIẾT VÍ DỤ MINH HỌA NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THUẬT TOÁN LBRQT P1 PHỤ LỤC B MÃ NGUỒN CỦA MỘT SỐ MODULE CƠ BẢN TRONG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG TRÊN OMNET++ P14 vii luan an DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt AF Amplify and Forward Khuếch đại chuyển tiếp AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector Định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu ARA Ant colony based Routing Algorithm Định tuyến dựa thuật toán tối ưu đàn kiến ASK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên độ BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi BPD Blocking Probability of Data packets Xác suất chặn gói liệu BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha hai mức CBRP Cluster-Based Routing Protocol Định tuyến dựa cụm CCK Complementary Code Keying Điều chế khóa mã bù DDR Distributed Dynamic Routing Định tuyến động phân tán DF Decode and Forward Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp DPSK Differential Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha vi sai DSDV Destination Sequenced Distance Vector Giao thức vector khoảng cách theo thứ tự đến đích DSN Destination Sequence Number Số thứ tự đích DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động EED End to End Delay Thời gian trễ từ nguồn đến đích ERPN Efficient Routing Protocol under Giao thức định tuyến hiệu Noisy Environment môi trường nhiễu FEC Forward Error Correction Kỹ thuật sửa lỗi phía trước FMLB Fibonacci Multipath Load Balancing Cân tải đa đường dựa dãy Fibonacci FSK Frequency Shift Keying Điều chế khóa dịch tần số FSR Fisheye State Routing Giao thức định tuyến trạng thái Fisheye HSR Hierarchical State Routing Định tuyến trạng thái phân cấp IARM Interference Aware Routing Metric Độ đo định tuyến phản ánh nhiễu IoT Internet of Things Internet vạn vật LAR Location Aided Routing Định tuyến hỗ trợ vị trí LBRQT Load Balancing Routing ensuring Định tuyến cân tải đảm bảo Quality of Transmission chất lượng truyền dẫn viii luan an Viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt LBRQT-DSR Định tuyến cân tải đảm bảo Load Balancing ensuring Quality chất lượng truyền dẫn dựa of Transmission based on DSR giao thức DSR Load Balancing Routing ensuring Định tuyến cân tải đảm bảo LBRQT-AODV Quality of Transmission based on chất lượng truyền dẫn dựa AODV giao thức AODV LMP-DSR Load balanced Multi-Path Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn đa đường cân tải LQ Link Quality Chất lượng kết nối MANET Mobile Ad hoc Network Mạng tùy biến di động MLBCC Multipath Load Balancing Kỹ thuật cân tải đa đường technique for Congestion Control cho việc điều khiển tắc nghẽn MRA Multi-level Routing Algorithm Thuật toán định tuyến đa mức OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OLSR Optimized Link State Routing Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu PSK Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoT Quality of Transmission Chất lượng truyền dẫn RREP Route Reply Packet Gói phản hồi lộ trình RREQ Route Request Packet Gói yêu cầu lộ trình SA Stationary Agent Tác tử tĩnh SLURP Scalable Location Updates Routing Protocol Giao thức định tuyến cập nhật vị trí theo bậc SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu nhiễu TORA Temporally Ordered Routing Algorithm Định tuyến theo thứ tự tạm thời WMN Wireless Mesh Networks Mạng hình lưới khơng dây WRP Wireless Routing Protocol Giao thức định tuyến không dây WSN Wireless Sensor Networks Mạng cảm biến không dây ZHLS Zone-based Hierarchical Link State Routing Protocol Giao thức định tuyến trạng thái liên kết phân cấp theo vùng ZRP Zone Routing Protocol Giao thức định tuyến vùng ix luan an [60] S Mallapur and S R Patil, “Route Stability Based on Demand Multipath Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networls,” in Prceedings of Interational Conference on Communication and Signal Processing, (India), pp 1859–1863, April 2014 [61] S G and R A., “Efficient and Secure Routing Protocol for Wireless Sensor Networks through SNR Based Dynamic Clustering Mechanisms,” Journal of Communications and networks, vol 15, no 4, pp 422–429, 2013 [62] S Khurana, S Kumar, and D Sharma, “Performance Evaluation of Congestion Control in MANETs using AODV, DSR and ZRP Protocols,” International Journals of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, vol 7, no 6, pp 398–403, 2017 [63] S B Ch., K G Rao, B B Rao, and K Chandan, “An Analytical Model for Evaluating Routing Performance of AODV Protocol for MANETs with Finite Buffer Capacity,” International Journal of Applied Engineering Research, vol 10, no 17, pp 37960– 37972, 2015 [64] S Kaur and M Kumar, “Review on Load Balancing in Mobile Ad-hoc Networks,” International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, vol 5, no 4, p 5, 2018 [65] S Khan, A.-S K Pathan, and N A Alrajeh, Wireless Sensor Networks - Current Status and Future Trends CRC Press, 2012 [66] S K Sarkar, T G Basavaraju, and C Puttamadappa, Ad Hoc Mobile Wireless Networks - Principles, Protocols, and Applications Taylor & Francis Group, LLC, 2008 [67] V Kalaiyarasi and M Tamilarasi, “Survey of load balancing routing protocols in MANET,” International Journal of communication and computer Technologies, vol 3, no 2, pp 58–62, 2015 [68] W Ji-Lu, “Research on survivability evaluation of ad hoc network connectivity,” in Proceedings of the 2nd International Conference On Systems Engineering and Nlodeling (ICSEM-13), pp 1092–1099, Atlantis Press, Paris, France, 2013 [69] Y Peng, X Gong, L Guo, and D Kong, “A Survivability Routing Mechanism in SDN Enabled Wireless Mesh Networks: Design and Evaluation,” China Communications, vol 17, no 7, pp 32–38, 2016 [70] Y Tashtoush, O Darwish, and M Hayajneh, “Fibonacci sequence based multipath load balancing approach for mobile ad hoc networks,” Ad Hoc Networks, vol 16, pp 237– 246, 2014 139 luan an [71] Y M Tashtoush and O A Darwish, “A Novel Multipath Load Balancing Approach Using Fibonacci Series for Mobile Ad Hoc Networks,” International Journal of Computer Theory and Engineering, vol 4, no 2, pp 220–225, 2012 [72] Y Zhang, J Luo, and H Hu, Wireless Mesh Networking - Architectures, Protocols and Standards Taylor & Francis Group, LLC, 2007 140 luan an PHỤ LỤC A TÍNH TỐN CHI TIẾT VÍ DỤ MINH HỌA NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THUẬT TỐN LBRQT Trong phụ lục này, tác giả trình bày chi tiết việc tính tốn để thu số liệu Bảng 3.1, 3.2, 3.3 3.4 ví dụ khám phá lộ trình theo thuật tốn LBRQT, trình bày Phần 3.4 Theo giả thiết trình bày Phần 3.4, tơ-pơ mạng sử dụng Hình A.1, đó, giá trị ghi đầu kết nối không dây tương ứng với mật độ lưu lượng SNR kết nối thời điểm xét Ví dụ, với kết nối từ nút đến nút 2, tải lưu lượng phân phối đến kết nối 0.72, SNR 30 dB Xét trường Q2 = {3, 6} Q2 = {7, 9} 27 0.61 30 Q1 = {2, 3, 4} 0.92 0.51 0.72 32 0.63 30 0.72 0.69 28 0.63 0.62 29 Q3 = {2, 5, 7} 31 0.63 32 27 0.52 28 Q7 = {6} 0.65 29 Q4 = {5} 0.61 32 0.69 0.70 0.67 31 Q5 = {4, 8} 30 Q5 = {9} Gói RREQ tiếp tục quảng bá Gói RREQ bị loại bỏ Gửi phản hồi gói RREP Hình A.1 Một ví dụ khám phá lộ trình sử dụng thuật tốn định tuyến LBRQT Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj(h) (dB)  sj(h) (s) B (h ) Nút láng giềng I (nút J) P1 30.00 29.00 31.00 0.00043627 luan0.00043616 an 0.00043621 hợp nút muốn khám phá lộ trình đến nút để truyền liệu Giả sử thời điểm tại, nhớ tạm tất nút rỗng, tham số kỹ thuật hệ thống mạng giả lập sau: • Hệ thống mạng sử dụng chuẩn 802.11g với băng thông kênh 20 MHz, tương ứng với tốc độ liệu 54 Mbit/s • SNR yêu cầu tối thiểu (βreq ) 23.5 dB • Thời gian trễ từ nguồn đến đích cho phép (τth ) 0.01s • Kích thước hàng đợi nút 20 gói • Kích thước gói liệu trung bình 1472 bytes Quy trình khám phá lộ trình từ nút đến nút sử dụng thuật toán định tuyến LBRQT (với nguyên lý hoạt động Hình 3.9) thực theo bước sau: - Bước 1: Nút (nút nguồn) tạo quảng bá gói RREQ: Để khởi đầu q trình khám phá lộ trình, nút tạo gói RREQ Trước phát quảng bá gói RREQ, SA nút dự đoán độ đo SNR, EED BPD đến nút láng giềng để xác định tập Q1 , tập nút láng giềng nút thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED Các độ đo SNR, EED BPD SA nút dự đoán theo bước Thuật toán 3.1 sau: (r) (r) + Bước 1.1: Đọc thông tin QoT EED từ nút S đến nút I (βsi τsi ) lưu trữ gói RREQ (Bước Thuật tốn 3.1): S nút nguồn (nút 1), I (r) (r) nút xét Hiện nút xét nút nguồn, nên giá trị β11 τ11 giá (r) (r) trị khởi tạo ban đầu để đưa vào gói RREQ β11 = +∞ τ11 = + Bước 1.2: Khởi tạo giá trị ban đầu rỗng cho tập Q1 : Qi = 0/ (Bước Thuật toán 3.1) + Bước 1.3: Dự đoán độ đo QoT, EED BPD từ nút nguồn (nút 1) đến nút I láng giềng nút xét (hiện nút 1) , độ đo bao gồm: (r) (r) (r) (β1i ), (τ1i ) (B1i ) Công việc thực vòng lặp For (từ bước đến bước 18 thuật tốn 3.1) P2 luan an Theo tơ-pơ Hình A.1, nút có nút láng giềng 2, Xét nút láng (r) (r) (r) giềng nút 1, nút Việc dự đoán độ đo (β12 ), (τ12 ) (B12 ) thực sau: (h) • Bước 1.3.1: Thu thập thông tin SNR từ đến (β12 ) lớp vật lý (Bước Thuật tốn 3.1): Theo trạng thái mạng tơ-pơ Hình A.1, SA nút thua thập thơng tin SNR từ đến sau: (h) β12 = 30 (dB) (A.1) (h) • Bước 1.3.2: Dự đốn thời gian trễ bước truyền từ nút đến nút (τ12 ) (Bước Thuật toán 3.1) Theo phương trình (3.8) ta có: (h) (1) (1) (12) τ12 = τ p + τq + τt (1) (12) Như lập luận Phần 3.2.2, τ p τr (12) + τr (A.2) đủ nhỏ nên bỏ qua Do vậy, phương trình (A.2) trở thành: (h) (12) (1) τ12 = τq + τt (A.3) Theo phương trình (3.9) ta có: (1) τq = L (h) + λ12 (1 − B12 ) đó, L xác định theo phương trình (3.10)  L + 1) ρ12 (Lρ12 ρ12    − 1−ρ L+1 − ρ12 12 L=  L(L − 1)    2(L + 1) µ12 (A.4) ρ12 6= (A.5) ngược lại Theo giả thiết thiết lập tơ-pơ mạng Hình A.1, thời điểm tại, ρ12 = 0.72, kích thước hàng đợi nút L = 20 gói Do vậy, thay ρ12 L vào (A.5) ta có: L= 0.72 0.72 × (20 × 0.7220 + 1) − = 1.8305 − 0.72 − 0.7220+1 (h) Theo phương trình (3.4) ta xác định B12 sau: P3 luan an (A.6)  L ρ12 )   ρ12 (1 −L+1 ρ12 6= (h) − ρ12 B12 =   ρ12 = L+1 0.7220 (1 − 0.72) = − 0.7220+1 = 0.000392868 (A.7) (A.8) (A.9) Theo giả thiết ví dụ, kích thước gói liệu trung bình 1472 bytes, tốc độ liệu m kờnh l 54 Mbit/s, ú: 54 ì 106 à12 = = 4585.5978 (gói/giây) 1472 (A.10) Mặt khác ta có: 12 = 12 12 = 12 ì à12 à12 (A.11) = 0.72 × 4585.5978 (A.12) = 3301.630435 (gói/giây) (A.13) Thay (A.6), (A.7), (A.10) (A.11) vào (A.4) ta có: (1) τq = = L (h) λ12 (1 − B12 ) + à12 (A.14) 1.830497 + 3301.630435 ì (1 − 0.00039287) 4585.5978 = 0.000772714 (s) (A.15) (A.16) Thay (A.14) vào (A.3) ta có: (h) (1) (12) τ12 = τq + τt = 0.000772714 + (A.17) 1472 × 54 ì 106 = 0.000990788 (s) (A.18) (A.19) (r) ã Bước 1.3.3: Xác định thời gian trễ (EED) lộ trình từ nút đến nút (τ12 ) P4 luan an (Bước Thuật tốn 3.1) Ta có: (r) (r) (h) τ12 = τ11 + τ12 (A.20) = + 0.000990788 = 0.000990788 (s) (A.21) (r) • Bước 1.3.4: Xác định SNR lộ trình từ nút đến nút (τ12 ) (Bước đến 11 Thuật tốn 3.1) Vì ngun lý chuyển tiếp liệu nút mạng AF, nên theo phương trình xác định SNR lộ trình (Phương trình (2.19) Chương 2) ta có:  1 −1 (r) β12 = + (A.22) (r) (h) β11 β12 Vì phương trình (A.22) sử dụng cho giá trị tuyến tính Vì vậy, giá trị thành phần (A.22) cần phải đổi sang giá trị tuyến tính trước tính tốn Đổi (r) β12 sang giá trị tuyến tính ta được: (h) β12 = 10 (h) β12 (dB) 10 30 = 10 10 = 1000 (A.23)  1 −1 = + = 1000 +∞ 1000 (A.24) Thay (A.23) vào (A.22) ta có: (r) β12 (r) Đổi giá trị β12 sang dB ta có: (r) (r) β12 (dB) = 10 ∗ log10 (β12 ) = 10 ∗ log10 (1000) = 30 (dB) (A.25) • Bước 1.3.5: Xác định điều kiện ràng buộc QoT, EED dự đoán xác (r) suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B12 ) (Bước 12 đến 17 Thuật toán 3.1) Từ (A.22) (A.20) ta có:   β (r) ≥ βreq 30 ≥ 23.5 12 ⇔ τ (r) ≤ τ 0.000990788 ≤ 0.01 th 12 (A.26) Từ (A.26) ta thấy điều kiện ràng buộc QoT EED thỏa mãn Do vậy, nút đưa vào tập Q1 Để có sở lựa chọn lộ trình cân tải, SA tiếp tục dự (r) đốn xác suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B12 ) Theo (3.7) ta có: (r) (r) (h) B12 = − (1 − B11 )(1 − B12 ) = − (1 − 0)(1 − 0.000392868) = 0.000392868 P5 luan an (A.27) (A.28) Từ (A.20), (A.25) (A.27) ta có độ đo QoT, EED BPD mà SA nút xác định nút là:  (r)   β12 = 30   (r) τ12 = 0.000990788    B(r) = 0.000392868 (A.29) 12 Lặp lại bước từ 1.1 đến 1.3 nút láng giềng lại nút 1, (nút nút 3), ta xác định độ đo QoT, EED BPD từ nút đến nút sau:  (r)   β13 = 29   (r) τ13 = 0.0009189274    B(r) = 0.0001855764 (A.30)  (r)   β = 31   14 (r) τ14 = 0.0007916460    B(r) = 0.0000267693 (A.31) 13 14 Từ kết thu (A.29), (A.30) (A.31) ta có kết dự đốn độ đo SNR, EED BPD nút láng giềng nút Bảng A.1 Ta thấy rằng, giá trị SNR EED từ nút đến nút 2, 3, thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED (βs j > βreq τs j < τth , s = 1, j = 2, 3, 4), nên tập Q1 = {2, 3, 4} Sau xác định tập Q1 , nút phát quảng bá gói RREQ đến tất nút thuộc tập này, cụ thể nút 2, Bảng A.1 Kết dự đoán SNR, EED BPD nút SA Bước 1: Các nút Nút xử lý phía trước RREQ (I) - Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj(h) (dB)  sj(h) (s) B sj(h ) Tập Q1 P6 luan an Nút láng giềng I (nút J) 30.00 29.00 31.00 0.00099079 0.00091893 0.00079165 0.00039287  0.00018558  0.00002677  - Bước 2: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: Các nút nhận gói RREQ bước bao gồm nút 2, tiếp tục xử lý gói RREQ SA nút dự đoán độ đo SNR, EED BPD theo Thuật toán 3.1 Cụ thể, SA nút dự đoán SNR, EED BPD từ nút đến tất nút láng giềng Xét nút láng giềng nút 2, nút 3, việc dự đốn độ đo SNR, EED BPD từ nút đến nút thực sau: (r) (r) + Bước 2.1: Đọc thông tin QoT EED từ nút S đến nút I (βsi , τsi (r) Bsi ) lưu trữ gói RREQ (Bước Thuật toán 3.1) S nút nguồn (nút 1), I nút Kết đọc từ gói RREQ là:  (r)   β12 = 30   (r) τ12 = 0.000990788    B(r) = 0.000392868 (A.32) 12 + Bước 2.2: Khởi tạo giá trị ban đầu rỗng cho tập Q2 : Q2 = 0/ (Bước Thuật toán 3.1) + Bước 2.3: Dự đoán độ đo QoT, EED BPD từ nút nguồn (nút 1) đến nút J láng giềng nút xét (hiện nút 2) , độ đo bao gồm: (r) (r) (r) (β1 j ), (τ1 j ) (B1 j ) Công việc thực vòng lặp For (từ bước đến bước 18 thuật tốn 3.1) Theo tơ-pơ Hình A.1, nút có nút láng giềng Xét nút láng giềng (r) (r) (r) nút 2, nút Việc dự đoán độ đo (β13 ), (τ13 ) (B13 ) thực sau: (h) • Bước 2.3.1: Thu thập thơng tin SNR từ đến (β23 ) lớp vật lý (Bước Thuật toán 3.1): Theo trạng thái mạng tơ-pơ Hình A.1, SA nút thua thập thông tin SNR từ đến sau: (h) β23 = 32 (dB) (A.33) (h) • Bước 2.3.2: Dự đoán thời gian trễ bước truyền từ nút đến nút (τ23 ) (Bước Thuật tốn 3.1) Theo phương trình (3.8) ta có: (h) (2) (2) (23) τ23 = τ p + τq + τt P7 luan an (23) + τr (A.34) (2) (23) Như lập luận Phần 3.2.2, τ p τr đủ nhỏ nên bỏ qua Do vậy, phương trình (A.2) trở thành: (h) (2) (23) τ23 = τq + τt (A.35) Theo phương trình (3.9) ta có: (2) τq = L (h) λ23 (1 − B23 ) + đó, L xác định theo phương trình (3.10)  L + 1) ρ23 (Lρ23 ρ23    − 1−ρ L+1 − ρ23 23 L=  L(L − 1)    2(L + 1) µ23 (A.36) ρ23 6= (A.37) ngược lại Theo giả thiết thiết lập tô-pô mạng Hình A.1, thời điểm tại, ρ23 = 0.61, kích thước hàng đợi nút L = 20 gói Do vậy, thay ρ23 L vào (A.37) ta có: 0.61 0.61 × (20 × 0.6120 + 1) = 0.9535 L= − − 0.61 − 0.6120+1 (A.38) (h) Theo phương trình (3.4) ta xác định B23 sau:  L ρ23 )   ρ23 (1 −L+1 ρ23 6= (h) − ρ B23 = 23   ρ23 = L+1 0.6120 (1 − 0.61) = − 0.6120+1 = 0.0000198461 (A.39) (A.40) (A.41) Theo giả thiết ví dụ, kích thước gói liệu trung bình 1472 bytes, tốc độ liệu m kênh 54 Mbit/s, ú: à23 = 54 ì 106 = 4585.5978 (gói/giây) 1472 (A.42) Mặt khác ta có: ρ23 = λ23 23 = 23 ì à23 à23 (A.43) = 0.61 × 4585.5978 (A.44) = 2797.21467 (gói/giây) (A.45) P8 luan an Thay (A.38), (A.39), (A.42) (A.43) vào (A.36) ta có: L (2) τq = = + (h) λ23 (1 − B23 ) à23 (A.46) 0.9535 + 2797.21467 ì (1 − 0.0000198461) 4585.5978 = 0.0005589423 (s) (A.47) (A.48) Thay (A.46) vào (A.35) ta có: (h) (2) (23) τ23 = τq + τt (A.49) = 0.0005589423 + 1472 × 54 ì 106 (A.50) = 0.0007770164 (s) (A.51) (r) ã Bước 2.3.3: Xác định thời gian trễ (EED) lộ trình từ nút đến nút (τ13 ) (Bước Thuật tốn 3.1) Ta có: (r) (r) (h) τ13 = τ12 + τ23 (A.52) = 0.000990788 + 0.0007770164 = 0.0017678044 (s) (A.53) (r) • Bước 2.3.4: Xác định SNR lộ trình từ nút đến nút (τ13 ) (Bước đến 11 Thuật toán 3.1) Vì nguyên lý chuyển tiếp liệu nút mạng AF, nên theo phương trình xác định SNR lộ trình (Phương trình (2.19) Chương 2) ta có:  1 −1 (r) + (h) (A.54) β13 = (r) β12 β23 Vì phương trình (A.54) sử dụng cho giá trị tuyến tính Vì vậy, giá trị thành phần (A.54) cần phải đổi sang giá trị tuyến tính trước tính tốn Theo (r) (h) (A.25) (A.33) ta có β12 = 30 dB β23 = 32 dB Đổi giá trị sang giá trị tuyến tính ta được: (r) β12 (h) β23 = 10 = 10 (h) β12 (dB) 10 (h) β23 (dB) 10 30 = 10 10 = 1000 32 = 10 10 = 1584.893 P9 luan an (A.55) (A.56) Thay (A.55) (A.56) vào (A.54) ta có: (r) β13  −1 = = 613.137 + 1000 1584.893 (A.57) (r) Đổi giá trị β13 sang dB ta có: (r) (r) β12 (dB) = 10 ∗ log10 (β12 ) = 10 ∗ log10 (613.137) = 27.876 (dB) (A.58) • Bước 2.3.5: Xác định điều kiện ràng buộc QoT, EED dự đoán xác (r) suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B13 ) (Bước 12 đến 17 Thuật tốn 3.1) Từ (A.58) (A.52) ta có:   β (r) ≥ βreq 27.876 ≥ 23.5 13 ⇔ τ (r) ≤ τ 0.0017678044 ≤ 0.01 th 13 (A.59) Từ (A.59) ta thấy điều kiện ràng buộc QoT EED thỏa mãn Do vậy, nút đưa vào tập Q2 Để có sở lựa chọn lộ trình cân tải, SA tiếp tục dự đốn (r) xác suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B13 ) Theo (3.7) ta có: (r) (r) (h) B13 = − (1 − B12 )(1 − B23 ) (A.60) = − (1 − 0.000392868)(1 − 0.0000198461) = 0.0004127063 (A.61) Từ (A.52), (A.58) (A.60) ta có độ đo QoT, EED BPD mà SA nút xác định nút là:  (r)   β13 = 27.876   (r) τ13 = 0.0017678044    B(r) = 0.0004127063 (A.62) 13 Lặp lại bước từ 2.1 đến 2.3 nút láng giềng lại nút 2, (nút 6), ta xác định độ đo QoT, EED BPD từ nút đến nút sau:  (r)   β16 = 25.236   (r) (A.63) τ16 = 0.0029203967    B(r) = 0.0186521816 16 P10 luan an Lặp lại bước cho nút láng giềng lại nút (nút nút 4) Kết dự đoán Bảng A.2 Từ kết này, SA nút 2, 3, xác định tập nút láng giềng thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED tương ứng là: Q2 = {3, 6}, Q2 = {2, 5, 7} Q4 = {5} Các nút 2, tiếp tục quảng bá gói RREQ đến nút tập Q j tương ứng Bảng A.2 Kết dự đoán SNR, EED BPD nút nhận gói RREQ bước (a) Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj( h) (dB)  sj( h) (s) B sj( h ) Tập Q2 (b) Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj( h) (dB)  sj( h) (s) B sj( h ) Tập Q3 (c) Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj( h) (dB)  sj( h) (s) B sj( h ) Tập Q4 Nút láng giềng I (nút J) 27.88 25.24 0.00176780 0.00292039 0.00041271  0.01865218  Nút láng giềng I (nút J) 27.24 25.99 24.88 0.00172597 0.00175928 0.00172597 0.00022147  0.00024901  0.00022147  Nút láng giềng I (nút J) 28.46 0.00156866 0.00004662  - Bước 3: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: Các nút nhận gói RREQ bước bao gồm: (i) nút 3, nhận từ nút 2, (ii) nút 2, 5, nhận từ nút (iii) nút nhận từ nút Khi nút nhận gói RREQ từ nút 2, gói RREQ bị hủy bỏ nút nhận gói RREQ trước từ nút (ở bước 1), tương tự cho nút khác Các nút tiếp tục xử lý gói RREQ bước bao gồm 5, Kết dự đoán độ đo SNR, EED BPD Bảng A.3 Với kết này, trường hợp nút dự đoán SNR từ nút nguồn (nút 1) đến nút (Bảng A.3c), giá trị dự đoán 23.15 dB Giá trị không thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT, nhỏ SNR yêu cầu tối thiểu 23.5 dB Vì vậy, nút khơng đưa vào tập Q7 , nút láng giềng nút Từ kết này, SA nút 5, 6, xác định tập nút láng giềng thỏa P11 luan an mãn điều kiện ràng buộc QoT EED tương ứng là: Q5 = {4, 8}, Q6 = {7, 9} Q7 = {6} Các nút 5, tiếp tục quảng bá gói RREQ đến nút tập Q j tương ứng Bảng A.3 BướcKết 3: dự đoán SNR, EED BPD nút nhận gói RREQ bước (a) Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) 13 Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj( h) (dB)  sj( h) (s) B sj( h ) Tập Q5 (b) Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) 12 Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj( h) (dB)  sj( h) (s) B sj( h ) Tập Q6 Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) 13 (c) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj( h) (dB)  sj( h) (s) B sj( h ) Tập Q7 Nút láng giềng I (nút J) 25.01 24.80 0.00270078 0.00263673 0.00048846  0.00035866  Nút láng giềng I (nút J) 23.98 23.71 0.00358350 0.00372743 0.01865286  0.01868741  Nút láng giềng I (nút J) 23.71 23.15 0.00271675 0.00239835 0.00061425  0.00022247 X - Bước 4: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: Bước 4: Các nút nhận gói RREQ bước bao gồm: (i) nút 4, nhận từ nút Nút láng giềng I7.(nút J) Nút xửđược lý Cácnút độ đo đến nút nhận 5, (ii) cácCác nútnút7, nhận từ từ vàS(iii) từ nút Trong đó, phía trước RREQ (I) láng giềng I (J) gói RREQ nhận nút 4,sj(h)6(dB) bị loại 23.65bỏ, trước nút ( h) nhận gói RREQ 8này Chỉ lại nút và0.00174477 tiếp tục xử lý gói RREQ sj (s) 13 5 B sj( h ) Tại nút 8, gói RREQ tiếp tục xử lý tương0.00054417 tự như nút Kết dự đoán Tập Q độ đo SNR, EED BPD Bảng A.4 Tập Q8 xác định là: Q8 = {9} Tại nút 9, nhận gói RREQ từ nút từ nút 6, nút đích, nên nút tạo gói RREP gửi phản hồi nút Kết lộ trình tìm thấy: → → → - Bước 5: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: P12 luan an Bảng A.4 Kết dự đoán SNR, EED BPD nút nhận gói RREQ bước Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) 13 5 Các độ đo từ S đến láng giềng I (J)  sj( h) (dB)  sj( h) (s) Nút láng giềng I (nút J) 23.65 0.00355565 B sj( h ) 0.00054417  Tập Q8 Tại bước này, lại nút nhận gói RREQ từ nút Vì nút đích, nên nút tạo gói RREP gửi phản hồi nút Kết lộ trình thứ tìm thấy: → → → → - Bước 6: Xử lý gói RREP nút nguồn: Qua q trình phát quảng bá gói RREQ, nút nguồn nhận gói phản hồi RREP, tương ứng với lộ trình thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED tìm thấy → → → → → → → Dựa kết dự đốn BPD SA q trình khám phá lộ trình, BPD lộ trình → → → 0.01868741 (kết Bảng A.3b), BPD lộ trình → → → → 0.00054417 (kết Bảng A.4) Như vậy, theo nguyên lý giải pháp định tuyến LBQT-R, lộ trình có giá trị BPD nhỏ chọn, → → → → Bằng việc chọn lộ trình → → → → 9, thuật toán định tuyến LBRQT tránh bước truyền có tải lưu lượng lớn (các bước truyền → → tơ-pơ Hình A.1) Kết qủa cho thấy rằng, giải pháp định tuyến LBQT-R tìm lộ trình thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED, đồng thời cân tải lưu lượng kết nối P13 luan an ... VIÊN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ *** LÊ HỮU BÌNH NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG MANET SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN LUẬN ÁN TIẾN SỸ CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Chun ngành: Hệ... thời, làm sở cho việc đề xuất thuật toán định tuyến cân tài đảm bảo chất lượng truyền dẫn chương Chương 3: Định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa tải lưu lượng qua lộ trình Nội dung... xuất thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn, nâng cao hiệu mạng MANET trường hợp mạng có vùng diện tích rộng, mật độ nút cao, sử dụng kênh có băng thơng lớn Bố cục luận án