(Luận văn) phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG lu an Phạm Văn Cƣờng n va p ie gh tn to oa nl w PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN THEO THIẾT KẾ XUYÊN TẦNG NHẰM d TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET oi lm ul nf va an lu z at nh LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH z m co l gm @ an Lu Thái Nguyên - 2019 n va ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Phạm Văn Cƣờng lu an n va p ie gh tn to PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN THEO THIẾT KẾ XUYÊN TẦNG NHẰM TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET d oa nl w lu oi lm ul nf va an Ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH z at nh NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC z m co l gm @ PGS TS NGUYỄN VĂN TAM an Lu Thái Nguyên - 2019 n va ac th si LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu đề tài “Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa lượng cho mạng MANET” tơi nhận đƣợc giúp đỡ, bảo nhiệt tình thầy, cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên để hồn thành luận văn lu Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn Ban giám hiệu, an phịng Đào tạo, Khoa Cơng nghệ thông tin, thầy giáo, cô giáo thuộc Trƣờng va n Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên tham Tôi xin bày tỏ biết ơn đặc biệt đến Thầy PGS TS Nguyễn Văn Tam - p ie gh tn to gia quản lý, giảng dạy giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ kiến thức, tài liệu phƣơng pháp để oa nl w tơi hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ d Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động lu va an viên, cổ vũ, khích lệ giúp đỡ suốt thời gian qua ul nf Mặc dù có nhiều cố gắng suốt q trình thực đề tài, song có oi lm thể cịn có mặt hạn chế, thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp dẫn thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc z at nh hoàn thiện z Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2019 m co l gm @ Học viên an Lu Phạm Văn Cƣờng n va ac th si MỤC LỤC lu an n va p ie gh tn to MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu mạng MANET 1.1.1 Định nghĩa đặc trƣng mạng MANET 1.1.2 Đặc điểm mạng MANET 1.1.3 Ứng dụng mạng MANET 1.2 Một số công nghệ mạng MANET 11 1.2.1 Các đặc tả IEEE 802.11 11 1.2.2 Công nghệ không dây Bluetooth 12 1.2.3 Mô hình kiến trúc giao thức IEEE 802.11b 14 1.2.4 Mạng ad-hoc với IEEE 802.11b 16 1.2.6 Mạng ad-hoc Bluetooth 21 1.3 Định tuyến mạng MANET 23 1.3.1 Những yêu cầu giao thức định tuyến mạng MANET 23 1.3.2 Giao thức định tuyến AODV 24 1.4 Kết luận Chƣơng 33 CHƢƠNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET 36 2.1 Tổng quan thiết kế xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa lƣợng 36 2.2 Phƣơng pháp tối ƣu hóa lƣợng sở cƣờng độ tín hiệu nhận 38 2.2.1 Cơ chế hội thoại lƣợng 39 2.2.2 Loại bỏ liên kết chiều 41 2.2.3 Khám phá đƣờng tin cậy 44 2.3 Phƣơng pháp định tuyến tiết kiệm lƣợng cho mạng cảm biến 46 2.3.1 Khởi tạo mạng 47 2.3.2 Đăng ký mạng 52 d oa nl w oi lm ul nf va an lu z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si lu an n va p ie gh tn to 2.3.3 Độ đo giá đƣờng 53 2.3.4 Quá trình hoạt động 55 2.4 Phƣơng pháp định tuyến sở nhận biết chất lƣợng liên kết 55 2.4.1 Thuật toán chuyển tiếp RREQ 56 2.4.2 Định tuyến đầu cuối có nhận biết chất lƣợng liên kết 59 2.5 Tổng kết chƣơng 62 CHƢƠNG THIẾT KẾ XUYÊN TẦNG NHẰM TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET 64 3.1 Kiến trúc xuyên tầng giao thức CLPC 64 3.2 Điều khiển động lƣợng truyền 66 3.2 Tiến trình tìm đƣờng 68 3.3 Tiến trình tìm lại đƣờng 71 3.4 Phân tích đánh giá hiệu giao thức CLPC 73 3.4.1 Các độ đo hiệu 73 3.4.2 Cấu hình mơ 73 3.4.3 Phân tích hiệu theo tốc độ di chuyển nút mạng 74 3.4.4 Phân tích hiệu theo kích cỡ mạng 80 3.5 Kết luận Chƣơng 84 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 d oa nl w oi lm ul nf va an lu z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỞ ĐẦU Mặc dù ý tƣởng nghiên cứu mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) có từ năm 70 kỷ XX nghiên cứu công nghệ Mobile Packet Radio, nhiều vấn đề mạng MANET dành đƣợc quan tâm cộng đồng nghiên cứu nhƣ: tốn định tuyến, tối ƣu hóa tầng vật lý lu tầng MAC, khả tự cấu hình, vấn đề an ninh, ứng dụng dịch vụ an cho mạng ad hoc kiến trúc chúng … va n Một mạng MANET làm việc nguyên lý quảng bá theo chặng từ gh tn to nút nguồn tới nút láng giềng nằm phạm vi truyền thông p ie Các vấn đề liên quan tới lƣợng truyền thông vấn đề phổ biến ảnh hƣởng tới chức mạng không dây phi cấu trúc Nó liên quan tới tồn oa nl w tầng ngăn xếp giao thức, từ tầng vật lý tới tầng chuyển vận làm phát d sinh ba vấn đề chính: độ trễ cao, gói tin thơng lƣợng thấp lu va an Do tính chất khác biệt mạng MANET so với mạng truyền thống, nf có nhiều thách thức cần đƣợc giải từ nhà nghiên cứu triển khai công oi lm ul nghệ mạng Để góp phần giải vấn đề thách thức mạng MANET, giao thức định tuyến sử dụng mạng cần đảm bảo đƣợc yêu z at nh 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 z @ gm Khi giao thức đƣợc thiết kế theo nguyên tắc phân tầng, hoạt động l giao thức tập trung vào tầng cụ thể mà không xem xét tới m co tham số từ tầng khác mơ hình ngăn xếp giao thức Vì vậy, hoạt an Lu động giao thức đạt mục tiêu tầng mà đƣợc thiết kế không n va ac th si tối ƣu cho vấn đề điều khiển lƣợng truyền thơng gây ảnh hƣởng tới hiệu tồn mạng Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu đƣợc đề xuất nhằm cải tiến giao thức định tuyến cho mạng MANET Tuy nhiên, đề xuất cải tiến áp dụng cho giao thức định tuyến nhóm giao thức có chung chiến lƣợc định tuyến định Các so sánh đánh giá hiệu giao thức cải tiến lu so với giao thức ban đầu tập trung vào số mơ hình tốn học an n va kịch mô định mạng MANET Vì vậy, ngữ tn to cảnh triển khai mạng MANET với yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến Đề tài tập trung nghiên cứu vào số phƣơng pháp kỹ thuật cải p ie gh sử dụng giao thức định tuyến cách phù hợp w tiến giao thức định tuyến dành cho mạng MANET sở phƣơng pháp tiếp oa nl cận xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa việc sử dụng lƣợng truyền thông để d nâng cao hiệu mạng Trong đó, tập trung vào phƣơng pháp sử dụng thông lu va an tin độ mạnh tín hiệu thu đƣợc (RSS) từ tầng vật lý để xây dựng chế ul nf điều khiển lƣợng truyền động tích hợp vào giao thức AODV tầng định truyền thông oi lm tuyến nhằm tối ƣu việc sử dụng lƣợng nút mạng tăng độ tin cậy z at nh Cấu trúc luận văn đƣợc trình bày nhƣ sau: Chƣơng trình bày tổng quan z mạng MANET ứng dụng mạng Các đề xuất tối ƣu hóa @ gm lƣợng mạng MANET đƣợc trình bày Chƣơng Thiết kế, thuật m co l tốn, mơ phỏng, phân tích đánh giá giao thức CLPC tiếp cận theo hƣớng xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa lƣợng mạng MANET đƣợc trình bày an Lu n va ac th si Chƣơng Cuối phần kết luận đƣa tổng kết hƣớng phát triển luận văn lu an n va p ie gh tn to d oa nl w oi lm ul nf va an lu z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu mạng MANET 1.1.1 Định nghĩa đặc trưng mạng MANET Theo định nghĩa Tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force), MANET ( Mobile Ad-hoc Network) cịn đƣợc gọi Mạng ad hoc khơng dây di lu động vùng tự trị (Autonomous System) định tuyến đƣợc kết an nối với liên kết khơng dây Mỗi nút mạng vừa đóng vai trò thiết bị va n đầu cuối vừa đóng vai trị định tuyến Các nút di chuyển cách tự p ie gh tn to làm cho kiến trúc mạng thay đổi liên tục d oa nl w oi lm ul nf va an lu z at nh Hình 1.1 Minh họa mạng MANET z @ gm Nhƣ thấy mạng MANET bao gồm tập nút không dây di l động trao đổi liệu cách linh động mà không cần hỗ trợ trạm m co sở cố định mạng có dây Mỗi nút di động có phạm vi truyền giới liệu an Lu hạn, chúng cần trợ giúp nút láng giềng để chuyển tiếp gói n va ac th si Hình 1.1 ví dụ minh họa cho 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 đƣợc công việc này, nút mạng phải sử dụng giao thức định tuyến phù hợp cho mạng MANET lu Trong mạng MANET, liên kết nút mạng đƣợc đặc trƣng an n va khoảng cách nút tính sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng tn to tạm thời Để triển khai thành công đƣợc mạng MANET, thiết kế công nghệ gh mạng phải đáp ứng đƣợc yêu cầu sau: p ie  Đảm bảo kết nối nút mạng di chuyển: Khoảng cách nút nl w trạng thái gần chúng định nghĩa ranh giới mạng Chỉ cần hai oa nhiều nút chuyển động bán kính định tạo thành mạng d ad-hoc Chính chuyển động làm cho khoảng cách nút thay đổi gây lu va an chất đặc biệt (ad-hoc) mạng oi lm ul nf  Tính sẵn sàng hợp tác: Các nút khoảng cách đủ gần phải sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng Nói cách khác, tự thân nút định “online” z at nh hay “offline”  Mạng ngang hàng tạm thời: Tại thời điểm nào, mạng ad-hoc đƣợc z gm @ xác định nút “online” khoảng cách định Một nút ln có xu hƣớng tham gia hay biến khỏi mạng Do đó, mạng l m co đƣợc coi tạm thời Hơn nữa, khơng có sở hạ tầng mạng cho trƣớc, nút mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-to- an Lu peer) n va ac th si 73 Trong Hình 3.5, nút di chuyển từ dƣờng 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 thông lớn thiết lập lại đƣờng Đƣờng đƣờng thiết lập nút S sử dụng nút trung gian nút nút Do đó, đƣờng S->2->5->6->10->11->D Trong lu trƣờng hợp nút S tìm đƣợc nút láng giềng vùng truyền an va thơng lớn mình, nút vùng trung bình nút n AMin_RSS tn to ie gh 3.4 Phân tích đánh giá hiệu giao thức CLPC p 3.4.1 Các độ đo hiệu oa nl w Các độ đo hiệu quan trọng sau đƣợc sử dụng mô phỏng: d - Tỷ lệ truyền gói thành cơng (PDR): Tỷ lệ tổng số gói tin nút đích nhận va an lu đƣợc tổng số gói tin đƣợc nút nguồn gửi nf - Trễ đầu cuối: Thời gian trễ gói tin di chuyển từ nút nguồn qua nút oi lm ul trung gian tới nút đích - Tải định tuyến: Số lƣợng gói tin điều khiển đƣợc truyền q trình z at nh mơ Đối với gói tin đƣợc gửi qua nhiều chặng, lần truyền z qua chặng đƣợc tính gói tin điều khiển đƣợc truyền Giá trị an Lu 10-35 m/s m co Tốc độ l Tham số mạng gm @ 3.4.2 Cấu hình mơ n va ac th si 74 Tải lƣu lƣợng 20% kích thƣớc mạng Tốc độ gửi gói tin gói/giây Kích thƣớc đồ 1000 x 1000 Phạm vi truyền tối đa 250m Độ nhạy thiết bị nhận (Min lu an RSS) -90 dBm n va IEEE 802.11 Giao thức định tuyến CLPC, AODV Kích thƣớc gói liệu 512 bytes p ie gh tn to Giao thức tầng MAC w UDP oa nl Giao thức tầng Transport CBR (tốc độ truyền bit cố định) d Loại ứng dụng an lu 900 giây nf va Thời gian mô Two Ray Model Mơ hình di chuyển oi lm ul Mơ hình kênh truyền Continues Mobility z at nh Bảng 3.1: Các tham số cấu hình mơ z gm @ 3.4.3 Phân tích hiệu theo tốc độ di chuyển nút mạng l Kết mô so sánh hiệu trễ đầu cuối, tỷ lệ truyền gói thành m co cơng tải định tuyến giao thức CLPC AODV mô sử an Lu dụng tham số cấu hình mơ Bảng 3.1 cho 100 nút mạng với 20 luồng liệu đƣợc đƣa Bảng 3.2, 3.3 3.4 Biểu đồ minh họa mối n va ac th si 75 tƣơng quan tham số hiệu với tốc độ di chuyển nút mạng đƣợc 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 thƣờng xuyên bị phá vỡ Trong lu giao thức AODV, sau nhận đƣợc thông điệp liên kết bị phá vỡ, nút nguồn an n va khởi tạo lại yêu cầu tìm đƣờng tới nút đích làm tăng trễ đầu cuối Tuy nhiên, tn to thuật toán điều khiển động lƣợng truyền giao thức CLPC dự đoán gh khả liên kết bị phá vỡ Trong tình này, thuật tốn tìm p ie đƣờng thiết lập lại đƣờng phạm vi nội trƣớc liên kết bị phá vỡ w Do đó, so sánh hiệu giao thức CLPC với giao thức AODV oa nl khoảng tốc độ di chuyển nút từ 15 đến 30 m/s, trễ đầu cuối giao thức d CLPC giảm khoảng 13% so với giao thức AODV Khi tốc độ di chuyển nút lu so với giao thức AODV Trễ truyền gói đầu cuối trung bình (s) oi lm ul nf va an cao (từ 30 tới 35 m/s), trễ đầu cuối giao thức CLPC giảm xấp xỉ 7% CLPC 0.23 0.22 0.36 10 0.44 15 0.79 20 0.96 25 1.09 0.96 z m co AODV z at nh Tốc độ di chuyển (m/s) 0.39 l gm @ 0.28 0.68 0.83 an Lu n va ac th si 76 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 AODV CLPC lu an n va p ie gh tn to Trế đầu cuối trung bình (s) 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 d oa nl w 0,1 ul nf va an lu Hình 3.6: Biểu đồ trễ đầu cuối theo tốc độ di chuyển Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) oi lm Tốc độ di chuyển (m/s) 93.15 95.45 86.72 93.82 z CLPC z at nh AODV @ 83.53 15 75.53 20 67.94 77.61 25 60.17 68.78 88.25 l gm 10 85.65 m co an Lu n va ac th si 77 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 lu an n va p ie gh tn to CLPC 100 80 60 40 20 Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) AODV 30 35 d oa nl w 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) an lu Hình 3.7 Biểu đồ tỉ lệ truyền gói thành cơng theo tốc độ di chuyển nf va Bảng 3.3 Hình 3.7 cho thấy, tỉ lệ truyền gói thành cơng hai giao oi lm ul 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 thƣờng xuyên bị phá vỡ làm z at nh gói tin Điều dẫn đến yêu cầu phải xay dựng đƣờng nút nguồn nút đích Việc tạo tiến trình tìm đƣờng có giá z l gm tƣợng tắc nghẽn mạng @ đắt số lƣợng lớn gói RREQ phải đƣợc sinh truyền đi, dẫn đến m co Việc truyền lại gói RREQ tiêu tốn nhiều tài nguyên mạng làm an Lu 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 n va ac th si 78 vùng truyền thơng (nhỏ nhất, trung bình, lớn nhất) sở cƣờng độ tín hiệu nhận đƣợc nút nguồn chọn nút vùng truyền thông lớn để quảng bá Kết số lƣợng 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 lu AODV xấp xỉ 7% an va n Tổng số gói tin điều khiển CLPC 6744.95 6604.01 9090.21 7855.00 10 11014.10 9622.21 15 14772.18 12418.22 20 16846.60 14794.94 20860.17 17723.83 30 22979.82 20382.09 p ie gh tn to AODV va Tốc độ di chuyển (m/s) d oa nl w an lu 25 oi lm ul nf 35 24566.58 22839.56 z at nh Bảng 3.4 Giá trị tổng số gói tin điều khiển theo tốc độ di chuyển z Khi xem xét tải định tuyến (Bảng 3.4 Hình 3.8), vận tốc nút gm @ nằm khoảng bình thƣờng (0-10 m/s), giao thức CLPC dƣờng nhƣ không tốt l giao thức AODV vận tốc khả kết nối bị phá vỡ thấp m co tiến trình tìm đƣờng tối thiểu Khi nút mạng di chuyển nhanh (15- an Lu 35 m/s), việc liên kết bị phá vỡ xảy thƣờng xuyên Giao thức AODV khởi tạo tiến trình tìm đƣờng cách sử dụng gói RREQ Số n va ac th si 79 lƣợng gói tin RREQ nhiều làm tăng tải định tuyến mạng làm giảm hiệu mạng lu nghìn Tổng số gói tin điều khiển AODV CLPC 25 20 an 15 n va 10 gh tn to 5 p ie 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 oa nl w Hình 3.8: Biểu đồ tải định tuyến theo tốc độ di chuyển d Thuật toán giao thức CLPC sử dụng chế điều khiển lƣợng lu va an động để giúp cho nút dự đoán tƣợng phá vỡ liên kết Thông tin ul nf hỗ trợ cho nút tạo quyét định sớm để giải vấn đề liên kết bị phá oi lm vỡ phạm vi nội Ƣu điểm chế điều chỉnh lƣợng truyền sở cƣờng độ tín hiệu nhận nút Cơ chế giúp phân tách z at nh nút sở nút có liên kết yếu nút có liên kết mạnh Các gói RREQ z đƣợc chuyển tiếp từ nút có liên kết mạnh mà bỏ qua nút có liên kết yếu gm @ Do đó, tải định tuyến giao thức CLPC đƣợc giảm xuống so sánh với giao l thức AODV Khi vận tốc nút khoảng 15-30 m/s, số lƣợng gói tin điều m co khiển CLPC giảm khoảng 15% so với giao thức AODV Khi vận tốc nút so với giao thức AODV an Lu cao (30-35 m/s), giao thức CLPC có hiệu tải định tuyến tốt khoảng 9% n va ac th si 80 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 đƣợc lựa chọn khoảng từ 100 nút tới 200 nút với số lƣợng luồng liệu cao 20% kích cỡ mạng, vận tốc nút tối đa 10 m/s thời gian tạm dừng lần di chuyển 30 giây lu an 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 n va Số lƣợng nút Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) p ie gh tn to d oa nl w lu va an Bảng 3.5 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành cơng theo số lượng nút ul nf Kết mô tỉ lệ truyền gói thành cơng thay đổi số lƣợng nút oi lm mạng đƣợc đƣa Bảng 3.5 mối tƣơng quan thay đổi hai tham số đƣợc thể biểu đồ Hình 3.9 z at nh Trong Hình 9, với mạng có kích cỡ 100 nút, có có khác biệt nhỏ z tỉ lệ truyền gói thành cơng hai giao thức Khi kích cỡ mạng tăng lên 175 @ gm nút, giao thức CLPC chạy thuật toán động điều khiển truyền để giảm lƣợng m co l truyền thuật tốn tìm đƣờng thay để giảm số lƣợng liên kết bị phá vỡ Điều giải thích tỷ lệ truyền gói thành cơng giao thức CLPC tăng an Lu từ 10% đến 15% so với giao thức AODV Khi kích cỡ mạng tăng đến 200 n va ac th si 81 nút, giao thức CLPC đạt hiệu tỉ lệ truyền gói thành cơng cao 9% so với giao thức AODV lu Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) AODV CLPC an n va 100 125 150 Số lượng nút p ie gh tn to 100 90 80 70 60 50 40 30 20 175 200 w d oa nl Hình 3.9 Biểu đồ Tỷ lệ truyền gói thành công theo số lượng nút an lu 100 150 AODV CLPC 0.48 0.43 1.30 0.99 2.34 1.87 z at nh 125 Trễ đầu cuối trung bình (s) oi lm ul nf va Số lƣợng nút z 200 3.97 2.64 3.62 l gm 3.15 @ 175 m co Bảng 3.6 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút an Lu n va ac th si 82 lu Trễ đầu cuối trung bình (s) AODV CLPC an va 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 n 100 125 175 200 gh tn to 150 Số lượng nút p ie Hình 3.10 Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút w Bảng 3.6 Hình 3.10 cho thấy so sánh trễ đầu cuối giao thức oa nl CLPC AODV Khi kích thƣớc mạng 100 nút, khác biệt tham số hiệu d hai giao thức nhỏ Khi kích cỡ mạng tăng lên đến 175 nút, giao lu an thức CLPC sử dụng chế động điều khiển lƣợng để phát liên kết Số lƣợng gói tin điều khiển Số lƣợng nút CLPC 12094.40 9397.85 15976.39 z at nh 100 AODV z oi lm ul nf va bị phá vỡ nhanh chóng áp dụng chế tìm đƣờng dự phòng 21114.40 150 39159.23 175 58998.54 l 200 71110.45 64233.86 gm @ 125 28869.51 m co 48001.15 an Lu Bảng 3.7 Giá trị số lượng gói tin điều khiển theo số lượng nút n va ac th si 83 lu nghìn Số lượng gói tin điều khiển AODV CLPC an 80 70 60 50 40 30 20 10 va 100 125 n 200 gh tn to 150 175 Số lượng nút Hình 3.11 Biểu đồ tổng số gói tin điều khiển theo số lượng nút p ie w Bảng 3.7 Hình 3.11 cho thấy mối tƣơng quan trễ đầu cuối giao oa nl thức CLPC giao thức AODV Khi kích thƣớc mạng 100 nút, khơng có d nhiều khác biệt trễ đầu cuối giao thức CLPC giao thức AODV Khi an lu kích thƣớc mạng phát triển lên 175 nút, giao thức CLPC sử dụng chế nf va kiểm soát lƣợng động để phát liên kết xảy đứt gãy oi lm ul nhanh chóng áp dụng chế tìm đƣờng thay Mặt khác, giao thức AODV phản hồi liên kết thực bị đứt Do đó, trễ đầu cuối giao thức z at nh AODV lớn hơn 20% so với giao thức CLPC Cuối cùng, kích thƣớc mạng tăng lên đến 200 nút, thực nghiệm mô chứng minh giao z m co l gm @ thức CLPC có trễ đầu cuối giảm khoảng 9,5% so với giao thức AODV an Lu n va ac th si 84 3.5 Kết luận Chƣơng Kiến trúc xuyên tầng đƣợc đề xuất cho phép điều chỉnh lƣợng truyền đƣợc tạo tầng Vật lý sau nút nhận đƣợc thơng tin Cƣờng độ tín hiệu nhận (RSS) nút láng giềng Việc điều chỉnh lƣợng truyền giúp cho nút thay đổi động phạm vi truyền tầng Vật lý lƣợng truyền ảnh hƣởng trực tiếp tới phạm vi truyền Thông tin RSS đƣợc lu truyền từ tầng Vật lý lên tầng Mạng để đƣa định tối ƣu an giao thức định tuyến Ƣu điểm kiến trúc cho phép va n tầng phía (tầng MAC tầng Mạng) truy cập thông tin từ tầng Vật lý Hình Đối với giao thức AODV, đƣờng đƣợc chọn cài đặt vào bảng định tuyến p ie gh tn to 3.1 minh họa tƣơng tác xuyên tầng kiến trúc w chuyển tiếp liệu đƣờng ngắn số chặng Vì vậy, đƣờng oa nl đƣợc hình thành từ liên kết dài yếu dẫn đến mức độ ổn định tính bền d vững đƣờng khơng cao lu va an Giao thức CLPC đƣợc đề xuất nhằm cải tiến giao thức AODV theo hƣớng ul nf tiếp cận xuyên tầng với đề xuất chính: (1) kỹ thuật điều khiển lƣợng oi lm truyền; (2) chế tìm đƣờng tối ƣu lƣợng (3) chế tìm lại đƣờng lỗi xảy đƣợc kiểm nghiệm, so sánh đánh giá hiệu với giao thức z at nh AODV Kết thực nghiệm kịch cho thấy giao thức CLPC đạt z đƣợc hiệu cao so với giao thức AODV m co l gm @ an Lu n va ac th si 85 KẾT LUẬN Mạng MANET mạng không dây đƣợc tạo thành, hủy bỏ, thay đổi cách tự động mà khơng cần có can thiệp ngƣời dùng Đặc trƣng lớn MANET khả tự hình thành tính đa chặng Cơng nghệ mạng MANET có tiềm ứng dụng lớn vào lĩnh vực lu quân sự, phòng chống thảm họa, hội thảo, tính tốn phân tán, mạng cảm an biến, mạng Rooftop mở rộng phạm vi điểm truy cập va n Trong đề tài này, thực đƣợc công việc sau: tn to gh  Tìm hiểu tổng quan mạng MANET ứng dụng thực tế; p ie công nghệ đƣợc sử dụng triển khai mạng không dây kiểu w không cấu trúc nhƣ IEEE 802.11b, Bluetooth; Nghiên cứu vấn đề định d MANET oa nl tuyến chế hoạt động giao thức định tuyến AODV mạng lu va an  Nghiên cứu đề xuất cải tiến mạng MANET theo hƣớng tiếp cận xuyên oi lm ul nf tầng nhằm tiết kiệm lƣợng  Nghiên cứu cài đặt mô đề xuất cải tiến giao thức AODV thành giao z at nh thức CLPC theo hƣớng tiếp cận xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa lƣợng nâng cao hiệu mạng MANET z gm @ Do thời gian kiến thức hạn chế nên kịch mơ cịn tƣơng đối đơn giản chƣa thực với ngữ cảnh mạng thực tế l m co 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 an Lu hƣớng cài đặt nhiều đề xuất cải tiến trình bày Chƣơng để có n va ac th si 86 phân tích, đánh giá sâu sắc ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp cải tiến đề xuất lu an n va p ie gh tn to d oa nl w oi lm ul nf va an lu z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 87 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 lu [2] Basagni S., Conti M., Giordano S., Stojmenovic I (2004), Mobile Ad hoc Networking, IEEE Press, USA an n va [3] Bluetooth SIG Inc, “Bluetooth Core Specification”, Version 5.1, November 2019, http://www.bluetooth.com gh tn to [4] I.S Department (1999), “IEEE 802.11 Wireless Lan Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications”, ANSI/IEEE Standard 802.11 p ie [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 w d oa nl [6] Moh Sangman (2009), Link quality aware route discovery for robust routing and high performance in mobile ad hoc networks In: Proc HPCC ul nf va an lu [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 oi lm [8] Ramachandran, Shanmugavel S Received signal strength based cross-layer designs in mobile ad-hoc networks IETE Tech Rev 2009;25(4):192–200 z at nh [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 z l gm @ [10] T S Rappaport (2002), “Wireless communication: Past event and a future perspective,” IEEE Communication Magazine, Vol 40, No 5, pp 148-161 m co [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 an Lu n va ac th si