Untitled 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[.]
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 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 không 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 thông 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 trò định tuyến nên mạng MANET 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