Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính nghiên cứu chiến lược bảo trì thông tin định tuyến trong mạng ad hoc phân cụm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Hoàng Xuân Giang NGHIÊN CỨU CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ THÔNG TIN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC PHÂN CỤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH[.]

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG Hồng Xn Giang NGHIÊN CỨU CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ THƠNG TIN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC PHÂN CỤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG Hồng Xn Giang NGHIÊN CỨU CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ THƠNG TIN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC PHÂN CỤM Ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN VĂN TAM Thái Nguyên - 2020 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, biết ơn kính trọng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo Khoa Cơng nghệ thông tin thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên thầy, giáo nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận văn Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Văn Tam, người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện sát, nghiên cứu để hoàn thành đề tài Tuy nhiên điều kiện lực thân cịn hạn chế, luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2020 Học viên Hoàng Xuân Giang MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET PHÂN CỤM 1.1 Tổng quan mạng MANET 1.1.1 Khái niệm mạng MANET 1.1.2 Đặc điểm mạng MANET 1.1.3 Ứng dụng mạng MANET 1.2 Vấn đề bảo trì thơng tin định tuyến mạng MANET phân cụm 1.3 Một số kỹ thuật phân cụm mạng MANET 12 1.4 Một số kỹ thuật bảo trì thơng tin cụm mạng MANET 15 1.4.1 Chiến lược dựa nút đứng đầu 16 1.4.2 Chiến lược phân tán phần 17 1.4.3 Chiến lược phân tántoàn phần 17 1.5 Tổng kết Chương 18 CHƯƠNG CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ THƠNG TIN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET PHÂN CỤM 20 2.1 Xây dựng lớp phủ dựa mạng phân cụm 20 2.2 Chiến lược bảo trìkhơng có nút đầu cụm CWOHO 22 2.3.Chiến lược bảo trì có nút đầu cụm CWHO 28 2.4 Chiến lược bảo trì cụm từ thông tin cụm lân cận CNI 31 2.5 Phân tích chi phí điều khiển chiến lược 32 2.6 Tổng kết Chương 34 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ THƠNG TIN ĐỊNH TUYẾN 36 3.1 Kịch mô độ đo đánh giá hiệu 36 3.2 Hiệu mơ hình Random Way Point 37 3.2.1 Tác động số lượng cụm 37 3.2.2 Tác động tốc độ nút di chuyển 39 3.2.3 Tác động thời gian tạm dừng 41 3.2.4 Chi phí điều khiển 43 3.3 Hiệu mơ hình Manhattan-Grid 46 3.4 Hiệu so sánh với giao thức ZHLS 50 3.5 Tổng kết Chương 52 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 MỞ ĐẦU Được hình thành kết nối tạm thời nút mạng di động khơng có hỗ trợ sở hạ tầng mạng cố định, mạng ad hoc di động (MANET) có nhiều đặc điểm khác biệt so với mạng không dây có dây truyền thống làm nảy sinh nhiều thách thức hướng nghiên cứu khác nhau: vấn đề định tuyến hiệu topo mạng thay đổi, đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu từ chương trình ứng dụng, đảm bảo an ninh mạng, tiết kiệm lượng, khả tự tổ chức, chuyển đổi dịch vụ từ mơ hình client-server đảm bảo hiệu kích thước mạng thay đổi Kết nghiên cứu phân loại đánh giá số lượng nghiên cứu theo hướng khác mạng MANET thời gian gần cho thấy, hướng nghiên cứu định tuyến mạng MANET đứng đầu số lượng nghiên cứu công bố Như vậy, khẳng định, định tuyến mạng MANET vấn đề cần quan tâm giải nghiên cứu cải tiến hiệu mạng MANET Phân cụm chiến lược hiệu để giải tính động khả mở rộng mạng ad hoc di động có quy mô lớn Các giao thức định tuyến theo cụm có khả mở rộng tốt giao thức định tuyến phẳng kỹ thuật phân cụm làm giảm kích thước bảng định tuyến chi phí cần thiết để trì thơng tin định tuyến Phân cụm làm tăng tính sẵn sàng thơng tin mạng, chẳng hạn vị trí nút di động, cách nhân thông tin tới nút cụm khác Khi triển khai truyền thông quảng bá truyền thông đa điểm, kỹ thuật phân cụm cho phép lan truyền thông tin cách có chọn lọc để giảm gói tin quảng bá dư thừa Hơn nữa, việc phân cụm tạo hỗ trợ cho việc quản lý tài nguyên cách hiệu cách kiểm soát việc chia sẻ tiết kiệm tài nguyên nhằm đáp ứng yêu cầu QoS ứng dụng Đã có nghiên cứu đề xuất kỹ thuật phân cụm mạng ad hoc, chẳng hạn sử dụng tập quản lý cụm, phân cụm phân tán, phân cụm sở tín hiệu sở vị trí Các nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng cụm để quản lý di động nút tối ưu hóa sức mạnh/chi phí nút quản lý cụm Trong đề tài này, mạng ad hoc giả định phân cụm Đề tài tập trung nghiên cứu kỹ thuật chiến lược khác để triển khai tầng phía thực nhiệm vụ bảo trì quản lý trạng thái động cụm, bao gồm trạng thái nút liệu/tệp sẵn sàng, kết nối mạng, băng thông, khả xử lý thông tin khác Ý tưởng đề xuất nghiên cứu đề tài nhằm ẩn tính động cụm để cải thiện hiệu ứng dụng mạng MANET phân cụm Duy trì trạng thái cụm liên quan đến hai hoạt động chính: thu thập phân phối thông tin Trong giai đoạn thu thập, nút mạng thu thập thông tin trạng thái cục cụm giai đoạn phân phối, thông tin chia sẻ với cụm khác Vấn đề bảo trì thách thức mạng MANET tính di động nút, trạng thái cụm thường xuyên thay đổi dẫn đến tăng chi phí thực hoạt động thu thập phân phối Một chiến lược bảo trì tốt cân khối lượng công việc mức tiêu thụ lượng nút, tối thiểu hố chi phí theo dõi thay đổi cách kịp thời xác Để quản lý thơng tin trạng thái nào, giao thức trì cần thực hoạt động thu thập phân phối Trong đề tài này, để khơng tính tổng qt, kết nối logic cụm xem thông tin trạng thái Hai cụm có kết nối chúng liền kề định tuyến trực tiếp thông điệp với qua nút biên Có thể mơ hình hóa cụm kết nối chúng lớp bao phủ mạng MANET ban đầu, với cụm đỉnh kết nối chúng cạnh Một cách tiếp cận đơn giản để giải vấn đề trì trạng thái mạng MANET phân cụm giao nhiệm vụ trì cho nút quản lý cụm Điều liên quan đến việc trì thơng tin cụm lân cận chia sẻ thông tin với đầu quản lý cụm khác Các nút quản lý cụm thường có nhiệm vụ xử lý yêu cầu định tuyến liên cụm cho nút cụm Các nút khác cụm cần trì đường tới nút quản lý chúng Mục đích đề tài nghiên cứu số chiến lược bảo trì thơng tin định tuyến mạng MANET phân cụm nhằm nâng cao hiệu định tuyến Các chiến lược so sánh, đánh giá mức độ hiệu so với số chiến lược đề xuất khác cách sử dụng phần mềm mơ Cấu trúc luận văn trình bày sau: Chương trình bày tổng quan mạng MANET vấn đề định tuyến mạng MANET phân cụm Một số chiến lược bảo trì thơng tin định tuyến mạng MANET phân cụm trình bày phân tích chi tiết chương Kết việc cài đặt, mô phỏng, so sánh đánh giá hiệu hiệu số chiến lược bảo trì thơng tin định tuyến mạng MANET phân cụm trình bày Chương Nội dung tổng kết hướng phát triển đề tài đưa phần kết luận 4 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET PHÂN CỤM 1.1 Tổng quan mạng MANET 1.1.1 Khái niệm mạng MANET Mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) [11] tập nút không 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 minh họa mạng MANET Trong ví dụ này, gói tin từ nút nguồn máy tính cần chuyển tới nút đích điện thoại thơng minh khơng nằm phạm vi truyền nút nguồn Vì vậy, cần có trợ giúp nút trung gian để chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích Để thực cơng việc này, nút mạng phải sử dụng giao thức định tuyến phù hợp cho mạng MANET Hình 1.1 Một ví dụ mạng MANET Thuật ngữ “Ad hoc” áp dụng cho mạng khơng dây mơ tả mạng khơng có sở hạ tầng cố định, hình trạng mạng tạo thành nút mạng Chế độ “Ad hoc” chuẩn IEEE 802.11 hoạt động theo mô hình này, hỗ trợ để thiết lập mạng đơn chặng Các mạng di động không dây kiểu không cấu trúc (MANET) mở rộng khái niệm “Ad hoc” đa chặng theo nghĩa: nút mạng định tuyến chuyển tiếp gói tin nhận từ nút mạng khác Nói cách khác, đường chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích chứa nút trung gian khác Các nút trung gian đọc thông tin phần header gói tin liệu chuyển tiếp chúng tới chặng đường hình thành Các nút mạng MANET thơng thường kết nối với khoảng thời gian để trao đổi thông tin Trong trao đổi thơng tin, nút di chuyển, đó, mạng phải đáp ứng yêu cầu truyền liệu hình trạng mạng thay đổi liên tục Các nút mạng phải có chế tự tổ chức thành mạng để thiết lập đường truyền liệu mà không cần hỗ trợ từ bên ngồi Trong mơ hình này, nút mạng đóng vai trị nút đầu cuối để chạy chương trình ứng dụng người sử dụng định tuyến để chuyển tiếp gói tin cho nút mạng khác 1.1.2 Đặc điểm mạng MANET Do MANET mạng không dây hoạt động không cần hỗ trợ hạ tầng mạng sở sở truyền thông đa chặng thiết bị di động vừa đóng vai trị thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trị định tuyến nên mạng MANET cịn có số đặc điểm bật sau:  Cấu trúc động: Do tính chất di chuyển ngẫu nhiên nút mạng nên cấu trúc loại mạng thường xuyên thay đổi cách ngẫu nhiên thời điểm không xác định trước Trong thay đổi, cấu trúc mạng MANET có thêm kết nối hai chiều kết nối chiều 6  Chất lượng liên kết hạn chế: Các liên kết khơng dây thường có băng thơng nhỏ so với liên kết có dây Ngồi ra, ảnh hưởng chế đa truy cập, vấn đề suy giảm tín hiệu, nhiễu yếu tố khác, băng thông thực liên kết không dây thường thấp nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết môi trường truyền không dây  Các nút mạng có tài nguyên hạn chế: Mỗi nút di động mạng MANET cảm biến, điện thoại thơng minh máy tính xách tay Thơng thường thiết bị có tài nguyên hạn chế so với máy tính mạng có dây khơng dây truyền thống tốc độ xử lý, dung lượng nhớ lượng nguồn pin nuôi sống hoạt động nút  Độ bảo mật thấp mức độ vật lý: Mạng không dây di động thường chịu tác động mặt vật lý từ nguồn gây nguy hại an ninh nhiều so với mạng có dây Về khía cạnh vật lý, kỹ thuật gây an ninh bảo mật mạng nghe lén, giả mạo công từ chối dịch vụ thường dễ triển khai mạng MANET mạng có dây truyền thống Có thể thấy đặc điểm yếu tố ảnh hưởng nhiều đến hiệu mạng MANET Để triển khai mạng MANET thực tế, thiết kế mạng MANET phải giải thách thức sinh đặc điểm nêu mạng MANET Những thách thức gồm vấn đề kỹ thuật khả truyền liệu định tuyến hiệu kích thước mạng thay đổi; đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho chương trình ứng dụng; chế chuyển đổi số dịch vụ từ mơ hình clientserver; tiết kiệm lượng pin để kéo dài thời gian hoạt động nút mạng riêng lẻ toàn mạng; đảm bảo an ninh mạng; khả hợp tác nút mạng khả tự tổ chức mạng; 1.1.3 Ứng dụng mạng MANET Ngày nay, mạng MANET có nhiều ứng dụng đời sống, kinh tế, xã hội người Mơ hình mạng phù hợp tình cần triển khai hệ thống mạng cách nhanh chóng, linh động thường xuyên có biến đổi cấu trúc mạng Ngày nay, mạng MANET ứng dụng nhiều lĩnh vực từ ứng dụng thương mại tới ứng dụng hoạt động quân sự, ứng dụng hoạt động khẩn cấp, ứng dụng gia đình, văn phịng giáo dục, mạng giao thông mạng cảm biến Đối với ứng dụng mạng MANET thương mại, người dùng chia sẻ liệu thiết bị di động họp hay hội thảo mà không cần hỗ trợ sở hạ tầng mạng cố định Các máy tính cá nhân kết nối với để tạo thành mạng tạm thời phục vụ cho ứng dụng truyền thơng liệu nhóm người dùng mà không cần diện thu phát tập trung Kết nối Internet từ thiết bị người dùng chia sẻ tới thiết bị người dùng khác thông qua mạng MANET Ứng dụng mạng MANET trông quân đội ý tưởng đưa từ mạng MANET phát triển Trong mơ hình chiến đấu qn đội chiến trường khơng có hỗ trợ hạ tầng mạng cố định, người lính phương tiện quân xe tăng, máy bay, tàu chiến, tàu thủy kết nối trao đổi thông tin tạm thời với với trạm huy cách linh động thơng qua mạng MANET hình thành kết nối thiết bị di động truyền thông không dây gắn vào phương tiện quân hay người lính tham gia vào chiến Tại vùng bị thiên tai, thảm họa, tất phương tiện hạ tầng truyền thông xây dựng trước bị phá hủy hồn tồn Mỗi xe cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,… trang bị thiết bị truyền nhận không dây để trở thành thiết bị đầu cuối di động phần mạng MANET Mỗi nhân viên cứu hộ cũng mang theo thiết bị đầu cuối di động Các thiết bị đầu cuối liên kết với nhau, hình thành nên mạng MANET tạm thời nhằm trao đổi thông tin Cấu hình mạng thay đổi theo thời điểm khác Ngoài ra, thiết bị đầu cuối di động không cung cấp chức gửi nhận thông tin mà cịn chuyển tiếp thơng tin vai trò định tuyến Mỗi thiết bị thơng minh gia đình, điên thoại di động thơng minh máy tính người sử dụng văn phịng, mơi trường trường học, lớp học đóng vai trị nút mạng mạng MANET hình thành tạm thời mà không cần hỗ trợ hạ tầng mạng cố định nhằm phục vụ cho ứng dụng chia sẻ thông tin, truyền liệu multimedia, quản lý nhà thông minh, quản lý lớp học thông minh,… Trong vấn đề quản lý hỗ trợ giao thông, phương tiện giao thông nút mạng di động mạng MANET hình thành tạm thời khu vực địa lý nhằm hỗ trợ trao đổi quản lý thơng tin tình trạng giao thơng, hỗ trợ tìm đường tránh tắc nghẽn giao thơng, theo dõi quản lý thiết bị tham gia giao thông, v.v Cảm biến thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm lượng, có khả truyền thông không dây xử lý cục Một mạng MANET mạng cảm biến gồm nút cảm biến Các nút hợp tác với để thực nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như: giám sát mơi trường (khơng khí, đất, nước), theo dõi môi trường sống, hành vi, dân số lồi động, thực vật, dị tìm động chấn, theo dõi tài nguyên, thực trinh thám quân đội, 1.2 Vấn đề bảo trì thơng tin định tuyến mạng MANET phân cụm Phân cụm chiến lược hiệu để giải tính động khả mở rộng mạng ad hoc di động (MANET) [2] Theo [1], giao thức định tuyến sở phân cụm có khả mở rộng so với giao thức định tuyến phẳng, việc phân cụm làm giảm kích thước bảng định tuyến chi phí định tuyến cần thiết để bảo trì thơng tin định tuyến Phân cụm làm tăng tính sẵn sàng thơng tin mạng, chẳng hạn vị trí nút di động, cách chép thông tin nút cụm khác Khi thực truyền thông tin kiểu quảng bá multicast, phân cụm cho phép chế lan truyền thơng tin kiểu quảng bá cách có chọn lọc để giảm thông điệp quảng bá dư thừa Hơn nữa, việc phân cụm tạo chế để quản lý tài nguyên hiệu cách chia sẻ dự trữ tài ngun có kiểm sốt để đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) ứng dụng Đã có cơng trình nghiên cứu xem xét kỹ thuật phân cụm khác mạng ad hoc [1], chẳng hạn sử dụng tập quản lý, phân cụm phân tán, chế báo hiệu dựa vào vị trí Những nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc xây dựng cụm để quản lý tính di động nút tối ưu lượng chi phí quản lý nút đầu cụm Trong đề tài này, mạng giả định phân cụm để nghiên cứu kỹ thuật triển khai tầng có nhiệm vụ quản lý trạng thái động cụm, chẳng hạn trạng thái sẵn sàng nút liệu/tệp có sẵn, kết nối mạng, băng thông, khả xử lý thông tin khác Ý tưởng đề tài nhằm che giấu tính động cụm bên dưới, để cải thiện hiệu suất ứng dụng hoạt động mạng MANET phân cụm Việc trì trạng thái cụm liên quan đến hai hoạt động thu thập phân phối thông tin Trong pha thu thập, nút thu thập thông tin trạng thái cụm nội Trong pha phân phối, thông tin chia 10 sẻ cho cụm khác Bảo trì vấn đề thách thức mạng MANET tính di động nút làm thay đổi thường xuyên trạng thái cụm tăng chi phí thực hoạt động thu thập phân phối thơng tin Một chiến lược bảo trì tốt cân tải công việc mức tiêu thụ lượng nút, tối thiểu hóa chi phí lưu vết thay đổi cách kịp thời xác Để quản lý thơng tin trạng thái, giao thức bảo trì cần thực hoạt động thu thập phân phối Trong nghiên cứu này, để khơng tính tổng qt, kết nối logic cụm coi thông tin trạng thái Hai cụm xem có kết nối, chúng liền kề định tuyến trực tiếp thông điệp với thông qua nút biên Ta mơ hình hóa cụm kết nối chúng lớp phủ mạng MANET ban đầu với cụm đỉnh kết nối chúng cạnh lớp phủ Theo [1], cách tiếp cận đơn giản để giải tốn bảo trì trạng thái mạng MANET phân cụm giao trách nhiệm bảo trì cho nút đầu cụm Trách nhiệm liên quan đến việc trì thông tin cụm lân cận chia sẻ thông tin với đầu cụm khác Các nút đầu cụm thường chịu trách nhiệm quản lý xử lý yêu cầu định tuyến liên cụm cho nút cụm với Khi đó, nút khác cụm cần trì đường đến nút đầu cụm chúng Đề tài nghiên cứu kỹ nghiên cứu [1] đề xuấttriển khai chiến lược bảo trì mạng phủ phân cụm dựa nút đứng đầu, gọi CWHO (Cluster-Based With Head Overlay) Đây chiến lược sở để so sánh với chiến lược bảo trì khác Trong thiết kế chiến lược bảo trì thơng tin mạng MANET, cịn có cách tiếp cận khác Ngược lại với chiến lược CWHO, cịn có chiến lược phân phối đầy đủ, không dựa vào nút đứng đầu Theo cách tiếp cận phân tán đầy đủ, nút chia sẻ trách nhiệm việc thu 11 thập phân phối thông tin cụm lân cận chúng Theo phương pháp này, nút xử lý hoạt động định tuyến liên cụm, chúng chia sẻ thông tin trạng thái tất cụm mạng Do đó, đề tài nghiên cứu đề xuất [1]triển khai chiến lược bảo trì thơng tin định tuyến mạng phủ phân cụm khơng có đứng đầu, đặt tên CWOHO (Cluster- Based WithOut Head Overlay) Hai chiến lược bảo trì sử dụng để chia sẻ thông tin trạng thái cục cụm với tồn mạng Cả hai có ưu điểm riêng, khác điều kiện mạng khác Chiến lược CWHO đơn giản hoạt động tốt nhiều tình Tuy nhiên, gặp phải vấn đề cân tải khả tiêu thụ lượng, nút đầu cụm bị lỗi di chuyển nút đầu cụm chịu tải lưu lượng truy cập bổ sung Chiến lược CWOHO tránh vấn đề này, chi phí bảo trì cao Ở hai cách tiếp cận trên, có cách tiếp cận bảo trì thông tin định tuyến khác Một cách tiếp cận chiến lược Phân cụm với thông tin nút lân cận CNI (Clusters with Neighbor Information) [1] Chiến lược CNI thực hoạt động thu thập thông tin cách phân tán chiến lược CWOHO Tuy nhiên, thông tin thu thập không chia sẻ với tồn mạng Các nút trì thơng tin cụm lân cận chúng Với cách tiếp cận này, nghiên cứu giả định nút có kiến thức trước cấu trúc kết nối mạng Cấu trúc kết nối cho thấy hướng cụm xây dựng cách sử dụng thuật tốn phân tán sử dụng thơng tin vị trí địa lý nút mạng Trong chiến lược CNI, việc định tuyến liên cụm thực theo cách tiếp cận sử dụng định định tuyến cụm trung gian 12 Một chiến lược bảo trì thơng tin định tuyến cụ thể khơng áp dụng cho tất điều kiện mơ hình di động mạng Ví dụ: nút di chuyển chậm mạng, chiến lược bảo trì với nút đầu cụm có hiệu suất tốt Tuy nhiên, trường hợp mạng có tính động cao, cần xem xét đến chiến lược bảo trì phân tán Để hiểu tác động tính di động nút, đề tài đánh giá hiệu ba chiến lược bảo trì theo hai mơ hình di động khác nhau, mơ hình Random Waypoint Manhattan Grid phương pháp mô Các công việc thực đề tài bao gồm: (a) Đưa nghiên cứu toàn diện vấn đề bảo trì trạng thái mạng MANET phân cụm cách triển khai thiết kế chiến lược bảo trì với nút đầu cụm CWHO Đây chiến lược phổ biến sử dụng rộng rãi nhất; (b) Triển khai chiến lược bảo trì cách gần với cách tiếp cận phân phối đầy đủ, gọi CWOHO Trong CWOHO, nút kết hợp thông tin từ tất nút biên để xác định khả kết nối với cụm lân cận Thơng tin sau quảng bá để chia sẻ cho nút mạng; (c) Triển khai chiến lược CNI lấy điểm giữa hai thái cực chiến lược CWHO CWOHO; (d) Sử dụng mô để đánh giá ba chiến lược bảo trì điều kiện mạng khác Điều cung cấp nhìn sâu sắc cho chiến lược thiết kế khác cho vấn đề bảo trì thơng tin định tuyến 1.3 Một số kỹ thuật phân cụm mạng MANET Kỹ thuật phân cụm thường sử dụng để giảm chi phí định tuyến mạng tăng thời gian sống nút mạng Kỹ thuật phân cụm phân tán nghiên cứu rộng rãi mạng ad hoc cảm biến không dây dựa lý thuyết đồ thị thống trị Một tập thống trị [5] đồ thị G = (V, E) định nghĩa tập đỉnh S ⊆ V cho đỉnh v ∈ V 13 nằm S liền kề với đỉnh S Một đỉnh S xem thống trị đỉnh lân cận Một cạnh gọi cạnh bị thống trị hai điểm mút nằm S cạnh khác gọi cạnh tự Nhiều kỹ thuật đề xuất để chọn tập thống trị S [1], chẳng hạn tập thống trị độc lập (IDS), tập thống trị kết nối (CDS) tập thống trị kết nối yếu (WCDS) Trong IDS, khơng có hai đỉnh S liền kề nhau; trong CDS, tất đỉnh S kết nối Do đó, số lượng cụm có IDS nhỏ CDS Tuy nhiên, khả kết nối nút đầu cụm CDS xem thuận lợi cho ứng dụng truyền thông kiểu quảng bá WCDS biến thể CDS, giúp nới lỏng yêu cầu kết nối trực tiếp nút thống trị lân cận Phương pháp DDR nghiên cứu [9] đề xuất kỹ thuật phân tán khác để phân cụm nút thành vùng khơng chồng lấp Đối với việc hình thành vùng, DDR không chọn tập hợp nút mạng tập thống trị Thay vào đó, thuật toán phân tán sử dụng để xây dựng rừng Các rừng hình thành cách trao đổi thông điệp báo hiệu định kỳ nút Mỗi tạo thành vùng riêng biệt gán định danh vùng (zone-ID) cách sử dụng thuật toán đặt tên vùng Các vùng kết nối với nút biên không thuộc nằm phạm vi truyền thông Một số mạng ad hoc hỗn độn sử dụng nút báo hiệu để phân cụm nút mạng Các nút báo hiệu cố gắng tác động vào nút lân cận để thu hút nút khác nhằm tạo thành cụm Phương pháp LABAR [4] nghiên cứu mạng hỗn độn có tập nút có thơng tin vị trí xác chúng Các nút có thơng tin vị trí gọi nút G phần cịn lại nút S Các nút G đóng vai trò nút báo hiệu tạo thành vùng cách lôi kéo nút S vùng lân cận chúng Phương pháp BEAD [7] 14 nghiên cứu mạng ad hoc phân cấp ba tầng với nút di động (MN) tầng thấp nhất, theo sau nút chuyển tiếp (FN) điểm truy cập (AP) tầng Các thông điệp báo hiệu định kỳ gửi FN AP quét MN để xác định nút cha tốt chúng mạng Phương pháp [16] dạng kỹ thuật phân cụm dựa nút báo hiệu Các nút MANET nhóm lại kiểu vật lý dựa mối quan hệ logic kiểu hoạt động chúng Các ứng dụng khắc phục thảm họa triển khai quân khu vực thường yêu cầu hợp tác nhóm nhỏ nút mạng Các thành viên nhóm có chung mối quan tâm chúng ln di chuyển theo nhóm với tốc độ hướng tương tự Từ đặc điểm này, phân chia nút vật lý thành nhiều nhóm nhỏ Kỹ thuật gọi kỹ thuật phân cụm dựa nhóm Một kỹ thuật phân cụm vật lý khác, thường sử dụng mạng hoạt động với nút có hỗ trợ hệ thống định vị toàn cầu GPS, phân chia việc triển khai thành lưới địa lý Kỹ thuật đòi hỏi nút phải biết trước thơng tin hình dạng khu vực triển khai phân vùng khu vực Thông tin giúp nút xác định ranh giới cụm cụm chứa So sánh với tính di động nhóm, kỹ thuật tính di động nút ngẫu nhiên phân vùng địa lý cố định Ngoài ra, cịn có kỹ thuật phân cụm khác Nghiên cứu [14] khảo sát kỹ thuật phân cụm mạng không dây Các kỹ thuật phân cụm mạng MANET tổng kết Bảng 2.1 Kỹ thuật phân cụm Tập thống trị Đặc điểm Giao thức Phân cụm logic cách chọn tập nút IDS,CDS, WCDS mạng 15 Cụm phân tán Phân cụm logic dạng phân tán DDR Dựa báo hiệu Phân cụm logic sử dụng nút báo hiệu GLIDER, LABAR, BEAD Dựa nhóm Phân cụm vật lý dựa mối quan hệ logic nút HSR, LANMAR Phân vùng địa lý Phân cụm vật lý sử dụng thông tin vị trí hình trạng mạng DCS, ZHLS, DLM, GLS Bảng 2.1 Một số kỹ thuật phân cụm tiêu biểu mạng MANET 1.4 Một số kỹ thuật bảo trì thơng tin cụm mạng MANET Trong mạng có cấu hình động, thơng tin trạng thái cụm, chẳng hạn kết nối cụm, băng thông liên kết lớp phủ kích thước cụm, thay đổi thường xuyên Đã có chiến lược bảo trì thơng tin mạng nghiên cứu đề xuất [1] Có thể phân chia chiến lược bảo trì thơng tin mạng thành hai nhóm nhóm chiến lược bảo trì dựa nút đứng đầu nhóm chiến lược sử dụng phương pháp phân tán Mô tả ngắn gọn giao thức triển khai chiến lược trình bày Bảng 2.2 Giao thức Mô tả CBRP Dựa nút đứng đầu cụm thực nhiệm vụ kết nối định tuyến liên cụm LABAR, BEAD Sử dụng nút đặc biệt (G-node LABER) để bảo trì kết nối định tuyến cho vùng CEDAR, MCEDAR Sử dụng nút lõi để bảo trì thơng tin cụm GLIDER Topo mạng cảm biến phân tán cho nút sử dụng cho định tuyến  ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG Hồng Xn Giang NGHIÊN CỨU CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ THƠNG TIN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC PHÂN CỤM Ngành: Khoa học máy tính Mã... CHƯƠNG CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ THƠNG TIN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET PHÂN CỤM 20 2.1 Xây dựng lớp phủ dựa mạng phân cụm 20 2.2 Chiến lược bảo trìkhơng có nút đầu cụm CWOHO 22 2.3 .Chiến. .. 1.2 Vấn đề bảo trì thơng tin định tuyến mạng MANET phân cụm Phân cụm chiến lược hiệu để giải tính động khả mở rộng mạng ad hoc di động (MANET) [2] Theo [1], giao thức định tuyến sở phân cụm có khả