BO GIAO DUC VA DAO TAO
DAI HOC HUE
TRUONG DAI HOC KHOA HOC
NGUYEN BA VINH
TIM HIEU MOT SO THUAT TOAN
CAU HINH TO-PO TRONG MANG MANET
CHUYEN NGANH: KHOA HOC MAY TINH MA SO: 8 48 01 01
LUAN VAN THAC SI KHOA HOC
THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Trang 2LOI CAM DOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bồ trong bất kỳ một công trình nào khác
Tác giả luận văn
Trang 3cơ bản đã trình bày trong phần 1.4.2) để có thé kết nối trực tiếp theo mô hình peer
to peer
15 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHÍNH VÀ ỨNG DỤNG CỦA MẠNG
KHONG DAY
1.5.1 Những đặc điểm chính của mạng không dây
- Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN mà
không bị giới hạn về kết nối vật lý, tạo ra sự thuận lợi trong việc truyền tải dữ liệu
giữa các thiết bị trong hệ thống mạng
- Mạng không dây còn tiết kiệm được chỉ phí thiết kế các đường dây trong tòa nhà và chi phí bảo dưỡng (đối với mạng cục bộ không đây), tiết kiệm thời gian, có
khả năng mở rộng và đặc biệt là tính linh động
- Vấn đề bảo mật trên mạng không dây là mối quan tâm hàng đầu hiện nay Trong mạng cố định truyền thống tín hiệu truyền thông được truyền chủ yếu thông
qua dây dẫn nên việc bảo mật có thể được thực hiện một cách dễ dàng Tuy nhiên,
trên các hệ thống mạng không dây thì việc dò tìm để thâm nhập vào hệ thống mạng sé dé dang hon, vi mang Wireless sir dụng sóng radio nên có thể bắt được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép Ngoài ra mạng Wireless không có ranh giới rõ ràng cho nên rất khó quản lý
1.5.2 Một số công nghệ cơ bản và ứng dụng của mạng không dây
Mạng không dây ra đời đánh dấu một bước phát triển vực bậc của lĩnh vực
mạng máy tính Hầu hết những bất tiện trong việc sử dụng mạng có dây đã được mạng không dây khắc phục Nhằm tạo điều kiện thuận lợi hơn trong quá trình khai thác mạng của người sử dụng, hàng loạt các công nghệ ứng dụng mạng không dây ra đời Trong phần này, chúng tôi giới thiệu một số công nghệ cơ bản được triển
khai phố biến hiện nay
1.5.2.1 Công nghệ WIMax
Cong nghé WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), dua trên dac ta IEEE 802.16-2004, bản thân đã nhanh chóng chứng minh là công nghệ
đóng vai trò chủ đạo trong mạng đô thị không dây băng rộng cố định
Trang 4cầu Khi một nút yêu cầu một tuyến đến đích, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến để tìm đường đi đến dich (Route Discovery) Qua trinh nay chi hoan tat khi đã tìm ra một tuyến sẵn sàng hoặc tất cả các tuyến khả thi đều đã được kiểm tra
Khi một tuyến đã được khám phá và thiết lập, nó được duy trì thông số định tuyến (route maintenance) bởi một số dang thu tục cho đến khi hoặc là tuyến đó
không thể truy nhập được từ nút nguồn hoặc là không cần thiết đến nó nữa
Với các cơ chế đó, các giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu không phát sóng đến các nút lân cân về các thay đổi của bảng định tuyến theo thời gian, nên tiết kiệm được tài nguyên mạng Vì vậy, loại giao thức này có thê sử dụng trong các mạng MANET phức tạp, các nút di chuyển nhiều
Một số giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu tiêu biểu như: Giao thứ CBRP (Cluster Based Routing Protocol), Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector), Giao thức DSR (Dynamice Source Routing), Giao thức TORA (Temporally Ordered Routing Algorihm)
Trong luận văn này, chúng tôi phân tích hai giao thức định tuyến được sử dụng phô biến nhất hiện nay: giao thức DSR và giao thức AODV
1.6.2.4 Giao thức DSR (Dynamic Source ÑoutIng)
DSR (Dynamic Source Routing) là giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả được thiết kế riêng cho mạng MANET DSR cho phép mạng tự động tô chức và cầu hình mà không cần đến sự can thiệp của người quản trị hoặc cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Giao thức DSR là giao thức định tuyến phản ứng (Reactive) sử dụng cơ ché dinh tuyén nguén (source routing), nghĩa là bên gửi sẽ biết toàn bộ thông tin về đường đi đến đích Phần Header của gói dữ liệu sẽ lưu trữ thứ tự các nút mà gói tin cần phải đi qua để đạt tới đích Do vậy, các nút trung gian chỉ cần giữ liên lạc với các nút lân cận để chuyển tiếp các gói tin
Tại mỗi một nút trong mạng luôn duy trì một bộ nhớ đệm (Router Cache), đây
là cấu trúc đữ liệu lưu trữ các con đường đã biết Khi có đường đi tổn tại trong bộ
định tuyến Cache, các gói tin sẽ nhận thông tin về đường ởi và thực hiện việc truyền tin trên con đường đã chọn Ngược lại, khi không tổn tại đường đi trong bộ định
Trang 5Chương 2 MỘT SÓ THUẬT TOÁN CÁU HÌNH TƠ-PƠ TRONG MẠNG 26
2.1 VAN DE DIEU KHIEN TÔ-PÔ TRÊN MẠNG MANET -sccc: 26 2.2 PHAN CUM TRONG MANET .cccccsscsssessessvessessessrsssessrssressessesaressesseearesees 26
2.2.1 Phương pháp phân cụm mạng MANET và mô hỉnh - - 27
2.2.2 Đặc trưng chính của mạng MANET phân cụm 28
2.3 MỘT SÓ THUẬT TOÁN CẤU HÌNH TƠ-PƠ -522c22cccczcce2 30
2.3.1 Mơ hình và thuật toán FWCA 2222222222222 30
2.3.2 Thuật toán điều khiến tô-pô cân bằng năng lượng (EBTG) 38 2.4 KÉT LUẬN CHƯƠNG 2 52-222 22122112211211121112111211211222 2e 44 Chương 3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MỘT SỐ THUẬT
TOÁN CẤU HÌNH TƠ-PƠ TRÊN MẠNG MANET cc5-ccs<c- 45
3.1 GIỚI THIỆU MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG OMNeT++ -+2-scs¿ 45 3.1.1 Các thành phần chính của OMNeT++ 45
3.1.3 Mô hình trong OMNeT++ cà cà kề các các đÓ
3.2 MO PHONG THUẬT TOÁN THIẾT KE TO-PO THEO VUNG PHU SONG VÀ THUẬT TOAN DIEU KHIEN TO-PO CAN BANG NANG LUONG 47
Trang 62.3.2.3 Giai doan bao tri cau tric
Khi thời gian trôi qua, mức tiêu thụ năng lượng của các nút có thể trở nên
mất cân bằng hơn Bảo trì cấu trúc mạng phải được thực hiện linh hoạt, xem xét
rằng mức tiêu thụ năng lượng giữa các nút sẽ trở nên mất cân bằng và có thê xảy ra
lỗi hoặc chết nút Đối với giai đoạn bảo trì cấu trúc liên kết, việc tiếp cận kích hoạt sự kiện nhằm tái tạo một cách thích nghi cấu trúc liên kết mạng cân bằng hơn
Quá trình này có thể được thực hiện bằng cách so sánh năng lượng còn lại
của các nút với ngưỡng năng lượng hoặc bằng cách đặt khoảng thời gian để cân bằng tải của các nút và kéo dài kết nối mạng Các bước chỉ tiết cho giai đoạn bảo trì cấu trúc liên kết có thể được mô tả như sau Thuật toán 2 cho thấy mã giả của giai
đoạn bảo trì cấu trúc liên kết
Thuật toán 2 bảo trì cầu trúc lên kết EBTG
Khởi tạo
1: Nhận thông tin nút lân cận
2: So sánh với ngưỡng năng lượng
3: Phát lại hoạt động thích ứng sức mạnh
Bước 1: Khi mức giảm mức năng lượng của nút ¿ vượt quá ngưỡng nhất định, thông báo yêu cầu bảo trì cấu trúc được phát bằng cách sử dụng ø,"* công
suất tối đa và bảng lân cận được cập nhật với các thông báo được trả về bởi mỗi nút lân can Bat kỳ nút lân cận nào không trả về tin nhắn được đánh dấu là đã chết
Bước 2: Nút ¿ phát lại theo thông tin mới nhất thu được và chọn công suất p,
có được giá trị tiện ích tối đa ở trạng thái hiện tại làm công suất truyền của nó và
xác định kết nối
Bước 3: Xác định xem mạng có được kết nối hay không
Bước 4: Khi mạng ở trạng thái được kết nối, nút có thể được sử dụng để liên lạc và khi mạng ở trạng thái không được kết nối, nút cần xóa bảng lân cận cục bộ và
phát thông báo tái cấu trúc liên kết ở mức tối đa năng lượng p;"* Khi các nút còn
tổn tại trong mạng nhận được thông báo, chúng sẽ bước vào giai đoạn bảo trì cầu trúc liên kết (chúng thực hiện lại giai đoạn khởi tạo)
Trang 7DANH MUC CAC KY HIEU, CAC CHU VIET TAT AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing AP Access Point
BSS Basic Service Set
DSR Dynamic Source Routing
ESS Extended Service sets
IBSS Independent Basic Service sets
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
LAN Local Area Network
MANET Mobile Ad Hoc Network
RREP Route Reply
RREQ Route Request
RRER Route Error
UWB Ultra-WideBand
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network
WPAN Wireless Persional Area Network
WUSB Wireless Universal Serial Bus
WWAN Wireless Wide Area Network
WSN Wireless sensor networks
FWCA Fast Weighted Clustered Algorithm
WCA Weighted Clustering Algorithm
EBTG Energy Balance Topology control Game algorithm
Trang 8
Hinh 1.1: Hinh 1.2: Hinh 1.3: Hinh 1.4: Hinh 1.5: Hinh 1.6: Hinh 1.7: Hinh 1.8: Hinh 1.9:
Hình 1.11: Các thiết bị truy cập mạng không đây
Hình 1.12: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
Mô hình phân cụm MANET cà c.c cà nh tenes Hinh 2.1: DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÒ THỊ Minh họa mạng không dây cố định
Minh họa mạng không dây với các điểm truy cập cố định
Minh họa mạng di động tùy biến 2 2.222 22c M6 hitth mang dG¢ lapis ove scones senues sewers ewe st pave ot nh Bí Phun Kế PHUN Bố TẢ ngan Mô hình mạng cơ SỞ cà cà Sàn nàn nhe nàn he khe nà Mô hình mạng mở rộng
Mô hình điểm truy cập và các máy khách
M6 hinh Root Modeissc os vova ns vein ve eoes ne wen ot oa mie sa eid va eer va ne on ee Mô hình Bridge Mode cà cà bàn nh nh he Hình 1.10: Mô hình Repeater Mode c cà cà ch sài Trang © œ œ NID TD 10 11 11 12 12 21 27 Hinh 2.2: (a) cấu trúc liên kết hệ thống: (b) Giai đoạn chọn WCA; (c) Giai đoạn hình thành WCA L2 00202020 201 2n nnn ng TH kh ket hy si, Hình 2.3: Hình 2.4: Hình 2.5: Hinh 3.1: Hinh 3.2: Hinh 3.3: Hinh 3.4: Hinh 3.5: Hinh 3.6: Hinh 3.7: Hinh 3.8: Phân vùng lại vùng truyển ce cee cette (a) giai đoạn chọn; (b) Giai đoạn hình thành cụm
Sơ đồ thích ứng công suẤt c2 2222222222222 Kết quả thiết kế tô-pô 2.2 222222222222 222 TH HH nh nh HH sa Số gói tin truyền thành công - cette Tỷ lệ truyền thành công - -22 222 222 222222212222 22225122 sẻ Xác suất nghẽn 222222222 22222 2n TH HH HH sa Quá trình mô phỏng với mô hình 10 nút
Tỷ lệ nhận và tranh chấp với công suất phát I.0mW
Quá trình mô phỏng với mô hình 60 nút
Trang 9MO DAU
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin và điện
tử hàng loạt thiết bị, máy móc thông minh đã ra đời và đòi hỏi khả năng kết nối
mạng internet mọi lúc, mọi nơi đo đó với mô hình mạng truyền thống có dây không còn phù hợp và đáp ứng với yêu cầu hiện nay
Song song với đó nhu cầu truyền thông ngày càng lớn với những dịch vụ chất lượng cao, đòi hỏi cần phải có cơ sở hạ tầng đảm bảo cho quá trình truyền thông trên nhiều môi trường khác nhau Sự ra đời mạng không dây đã phần nào giải quyết cho những vấn để trên mà mạng có dây không thê thực hiện tốt được Mạng không dây có nhiều giao thức định tuyến ra đời nhằm đáp ứng việc nâng cao chất lượng dịch vụ Từ đó có những nghiên cứu và không ngừng cải thiện chất lượng đề đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của khoa học công nghệ, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo
Mạng MANET (Mobile Adhoe Netwok) là một mạng bao gồm các thiết bị di
động vô tuyến kết nối ngang hàng với nhau hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của các thiết bị trung tâm cũng như các cơ sở hạ tầng mạng
cố định, nên nó vừa đóng vai trò truyền thông, vừa đóng vai trò như thiết bị định
tuyến Đặc điểm cơ bản của mạng MANET là các nút di chuyển nên tô-pô mạng thay đổi thường xuyên Vì thế, việc cấu hình tô-pô theo trạng thái mạng là rất quan
trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu năng của hệ thống mạng Đặc biệt là trong trường hợp mạng MANET có mật độ nút cao Vì vậy dé tài “Tìm hiểu một số thuật
toán cấu hình tô-pô trong mạng MANET” là cần thiết giúp chúng ta hiểu rõ về cách thức cấu hình tô-pô, ảnh hưởng của nó đến hiệu năng mạng
Nội dung chính của Luận văn sẽ tập trung tìm hiểu một số thuật tốn cấu hình
tơ-pơ trong mạng MANET và đánh giá hiệu năng mạng MANET theo các thuật toán cấu hình tô-pô khác nhau đựa trên phương pháp mô phỏng bằng OMNeT++ và NS2 Từ đó, lựa chọn tô-pô phù hợp tùy theo từng trường hợp cụ thé
Trang 10Chương 1: Tổng quan về mạng không dây Trong chương này, chúng tôi nghiên cứu các cơ sở lý thuyết nền của mạng không dây, phân loại mạng không day, các thiết bi hạ tầng để triển khai hệ thống mạng không dây và ứng đụng tích
cực vào mạng MANET
Chương 2: Một số thuật toán cấu hình tô-pô trên mạng MANET Phân
tích một số thuật toán cấu hình tô-pô dựa trên sự thay đổi các tham số của mạng
MANET, từ đó đánh giá hiệu năng các thuật toán cấu hình tô-pô khác nhau trên mạng MANET
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá hiệu năng một số thuật tốn cấu hình tơ-pơ trên mạng MANET Sau khi nghiên cứu kỹ các thuật tốn cấu hình tơ-pơ ở chương 2, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng OMNeT++ và NS2 cho
môi trường mạng MANET để so sánh, đánh giá hiệu năng mạng MANET, từ đó lựa
chọn cấu hình tô-pô phù hợp
Cuối cùng là kết luận và đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp tục trong tương lai Trong quá trình nghiên cứu, do còn nhiều hạn chế về khả năng và thời gian thực
hiện nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự
chỉ bảo của các thầy cô giáo, các nhận xét và góp ý của bạn bè, đồng nghiệp đề luận
Trang 11Chuong 1 TONG QUAN VE MANG KHONG DAY
Với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang lại nhiều hiệu quả đối với
khoa học cũng như trong các hoạt động thực tế, trong đó mạng máy tính là một lĩnh
vực đem lại hiệu quả thiết thực cho con người Thông qua mạng máy tính chúng ta có thể chia sẻ thông tin ở bất kỳ nơi nào trên mạng, tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả
Mặc dù mạng máy tính đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến những năm gần đây, cùng với sự ra đời các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết Nhiều công nghệ, phần cứng, các giao thức, chuẩn giao tiếp mạng lần lượt ra đời và đang được tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu năng làm việc
1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG KHƠNG DÂY
Mạng khơng dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị di động nên không bị
ràng buộc cô định về phân bố địa lý như trong mạng hữu tuyến Ngoài ra, trong quá trình hoạt động chúng ta còn có thể đễ dàng bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình lại toàn bộ cấu trúc liên kết của mạng Trong đó, mô hình mạng MANET là một trong những mô hình mạng không dây được ứng
dụng hầu hết trong các lĩnh vực quân sự, hàng không, vận tải tàu biển việc triển
khai hệ thống mạng không đòi hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng mạng, không cần thiết phải có các thiết bị điều khiển trung tâm và không phụ thuộc vào vị trí địa lý [11]
Khác với các hệ thống mạng có dây, việc định tuyến tìm đường đi tối ưu để truyền đữ liệu trong các hệ thống mạng không dây khá phức tạp, đòi hỏi phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mô hình cụ thể Đây là một trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu Bên cạnh đó, khả năng gây nhiễu và mất gói tin trong quá trình truyền dữ liệu của mạng không dây là khá cao
Trang 12nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng, hứa hẹn những bước phát triển mới trong tương lai về lĩnh vực mạng máy tính
1.2 PHAN LOAI MANG KHONG DAY
Tương tự như mang có dây, mạng không dây có thể triển khai trong nhiều
dạng khu vực địa lý khác nhau, với một số công nghệ hạ tầng để triển khai phù hợp
Như vậy, việc phân loại mạng không dây chúng ta có thể dựa vào 2 tiêu chí cơ bản:
Theo qui mô triển khai mạng và theo quan hệ di động của các thiết bị mạng [ LI],
[13]
1.2.1 Theo quy mé trién khai mang
Dựa trên quy mô triển khai mạng, mạng không dây có thể được phân thành 3 loạ: WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (Wireless Local Area Network), va WWAN (Wireless Wide Area Network)
- Mang WPAN (Wireless Personal Area Network): Mang WPAN hay con gọi là Bluetooth là một công nghệ không dây cho phép các thiết bi điện, điện tử giao tiếp với nhau bằng sóng radio qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific and Medical) 2.4 GHz Năm 1994 hãng Ericsson đề xuất việc nghiên cứu và phát triển giao diện vô tuyến công suất nhỏ, chi phi thấp, sử dụng sóng vô tuyến để kết
nối không dây giữa các thiết bị di động với nhau và các thiết bị điện tử khác, tổ
chức SIG (Special Interest Group) đã chính thức giới thiệu phiên bản 1.0 của Bluetooth vào tháng 7 năm 1999 Mạng WPAN cho phép các thiết bị kết nối tạm
thời khi cần thiết (ad hoc) với khoảng cách giữa các thiết bị tối đa là 10m Hỗ trợ tối đa 8 kết nối đồng thời với các thiết bị khác Băng thông tối đa 1 Mbps được chia sẻ
cho tất cả kết nối trên cùng I thiết bị
Trang 13nhau Phạm vi hoạt động từ 100m đến 500m với tốc độ truyền đữ liệu trong khoảng
11Mbps - 54Mbps
Sự ra đời của các cầu nối WLAN đã đem lại nhiều lợi ích về khả năng di động
và khai thác mạng linh hoạt Với mạng WLAN, người dùng có thể truy cập các thông tin dùng chung mà không cần tìm chỗ cắm thiết bị và các nhà quản lý mạng có thể thiết lập hoặc làm tăng thêm mạng lưới mà không cần lắp đặt hoặc di chuyền
hệ thống dây WLAN còn cho năng suất lưu lượng tăng, thuận tiện, lợi thế về chi
phí so với các hệ thống mạng hữu tuyến truyền thống
Mạng WLAN hoạt động khá linh hoạt với các ưu điểm như: dễ cấu hình và cài đặt, tiết kiệm chi phí mở rộng mạng Tuy nhiên, tốc độ còn chậm hơn so với LAN và dễ bị nhiễu
- Mang WWAN (Wireless Wide Area Network): Hé thống WWAN được triển khai bởi một công ty hay tô chức trên phạm vi rộng, khai thác băng tần đã đăng ký trước với cơ quan chức năng và sử dụng các chuẩn mở như: AMPS, GSM,
TDMA và CDMA Phạm vi hoạt động có thể lên đến hàng trăm km với tốc độ
truyền từ 5Kbps đến 20Kbps Ưu điểm nỗi trội của WWAN như: dễ dàng mở rộng
hệ thống mạng, tránh được giới hạn của việc sử dụng cáp và các thiết bị phan cứng khác, các thiết bị di động có khả năng di chuyển trong phạm vi rộng Bên cạnh đó,
WWAN cũng có những nhược điểm cơ bản như: dễ bị ảnh hưởng của tác động môi trường, khơng an tồn, chất lượng mạng chưa cao, chỉ phí cao trong việc thiết lập cơ
sở hạ tầng
1.2.2 Theo quan hệ di động của các bộ định tuyến và nút mạng
Với hướng này có thể phân thành 3 loại: Mạng không dây cố định (Fixed wireless network), Mang khéng dây với các điểm truy cậy cố định (Wireless network with fñxed access poinfs) và Mạng di động tùy biến (Mobile ad hoc network)
Trang 14hình của loại mạng này là những thiết bị truy cập mạng được cố định và sử dụng
thiết bị anten để kết nối
Hình 1.1: Minh họa mạng không đây có định
- Mạng không đây với các điểm truy cập cố định (Wireless network with fixed access points): các nút mạng (host) sử dụng những kênh không dây đề kết ni với các điểm truy cập cô định Các điểm truy cập cố định đóng vai trò như các thiết
bị định tuyến cho các nút mạng Một ví dụ điển hình cho kỹ thuật này là việc sử
dụng các laptop trong một tòa nhà đề truy cập đến các điểm truy cập cố định
Access Point
Hình 1.2: Minh họa mạng không đây với các điểm truy cập cố định
Trang 15chuyén các gói tin đến các nút lân cận Như Vậy, VIỆC triển khai mô hình mạng dạng
MANET sẽ không yêu cầu có các thiết bị trung tâm, vì thế mô hình này rất thích hợp trong các khu vực không thể xây dựng các cơ sở hạ tầng mạng Một ví dụ điển hình cho kỹ thuật này là một hệ thống mạng bao gồm những nút mạng di động được kết nối ngang hàng với nhau thông qua các thiết bị truy cập không dây [ 13]
0 Tis,
—
Hình 1.3: Minh họa mạng di động tùy biến
Trên cơ sở phân loại, chúng ta sẽ xét tiếp các mô hình hoạt động của nó
1.3 MỘT SỐ MÔ HÌNH MANG KHONG DAY
Mơ hình truy nhập cơ bản của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.11 bao gồm một nhóm các trạm phát sóng (Access Point - AP) được kết nối với nhau
trong vùng dịch vụ cơ bản BSS (Basic Service SeÐ, được xác định bởi các tính
truyền dẫn của môi trường vô tuyến Một trạm AP trong miền địch vụ cơ bản có thê kết nối với các AP khác trong cùng BSS hoặc BSS khác Mô hình mạng không
dây có thể chia thành 3 loại: Mô hình mạng độc lập, mô hình mạng cơ sở và mô
hình mạng mở rộng
1.3.1 Mô hình mạng độc lập (IBSS)
Trang 16là một kiểu cấu hình “ad hoc” vì nó không cần thông qua một hạ tầng mạng nào cả mà chỉ là kết nối peer-to-peer (từng đôi một) Hai máy tính có lắp đặt card mạng
wifi sẽ có thể tạo thành một mạng WLAN Nguoi dung A \ Người dùng B Người dùng Œ Hình 1.4: Mô hình mạng độc lập 1.3.2 Mô hình mạng cơ sở (BSS)
Một BSS là một nhóm các thiết bị 802.11 kết nối với nhau Khác với cấu hình
ad hoc, cầu hình BSS đòi hỏi phải có một thiết bị đặc biệt làm tâm điểm, gọi là trạm
truy nhập AP (Access Point) AP là điểm trung tâm liên lạc cho mọi thiết bị trong
cùng một vùng dịch vụ cơ bản Các thiết bị sẽ không liên lạc trực tiếp nhau, mà liên
lac thông qua AP Thông tin sẽ chuyển đến AP và AP sẽ chuyền tiếp thông tin đến thiết bị đến, AP trong mô hình này có thể kết nối với một mạng có đây
Người dùng A Người dùng B Người dùng Cc
Trang 171.3.3 Mô hình mạng mở rộng (ESS)
BSS co thé sir dung trong gia đình, văn phòng nhỏ nhưng không thê sử dụng trong khu vực lớn 802.11 cho phép xây đựng mạng không dây kích thước lớn bằng
cách liên kết các B5§ vào một E§S
Các trạm trong cùng một ESS có thể liên lạc với nhau thậm chí các trạm này
có thể di chuyển giữa các khu vực này với nhau { Wired % ' ( Network ` \ Sy (DS) ot eee, fl i ` Nguoi ding A Người dùng B Mgười cùng C | PA = Hình 1.6: Mô hình mạng mở rộng Dựa trên các mô hình đã xét, chúng ta sẽ phân tích một số các thiết bị yêu cầu để triển khai một hệ thống mạng
1.4 YEU CAU VE THIET BI SU DUNG TRONG MANG KHONG DAY
Tương tự như các hệ thống mạng có dây, việc triển khai hệ thống mạng không dây cũng yêu cầu một số thiết bị truy cập mạng hợp lý Đa số các thiết bị truy cập mạng hiện nay đều có hỗ trợ việc kết nối mạng không dây Trong phần này, chúng tôi giới thiệu một số thiết bi chủ yếu đê triển khai một hệ thống mạng không dây
1.4.1 Điểm truy cập (AP)
Trang 18wireless có thể vào mạng nội bộ) AP là một thiết bị song công (Full duplex) có
mức độ thông minh tương đương với một chuyển mạch Ethernet phức tạp (Switch) HH, <~! Mỗi trường không dây Điêm truy cập
Hình 1.7: Mô hình điểm truy cập và các máy khách
AP có thể giao tiếp với các máy không đây, các mạng có dây truyền thống và với các AP khác Trong từng cơ chế giao tiếp cụ thể, AP sẽ hoạt động dưới các chế
độ khác nhau Có 3 chế độ hoạt động chính của AP: Root mode, Repeater mode và
Bridge mode [4]
- Chế độ gốc (Root mode): Root mode được sử dụng khi AP được kết nối với mạng backbone có dây thông qua giao diện có dây (thường là mạng Ethernet) của nó Hầu hết các AP sẽ hỗ trợ các mode khác ngoài root mode Tuy nhién, root mode
là cấu hình mặc định, khi một AP được kết nối với phân đoạn có dây thông qua
cổng Ethernet của nó thì sẽ được cấu hình để hoạt động trong root mode Khi ở trong root mode, các AP được kết nối với cùng một hệ thống phân phối có dây có thê nói chuyện được với nhau thông qua phân đoạn có dây Các client không dây có thể giao tiếp với các client không dây khác nằm trong những cell (ô tế bào, hay vùng phủ sóng của AP) khác nhau thông qua AP tương ứng mà chúng kết nối vào, sau đó các AP này sẽ giao tiếp với nhau thông qua phân đoạn có đây
Trang 19_ all — " ` — i Access Point« 4 Re ane / (RootMode) + 1 E ` i “ J b ` - - ` % \ J ] ae Access Point ` ` ! ` “ # é LÄ (Root Mode} * ; / a" ` ` N # = \ , } = Data ay 1 ag ~ > + SN Am \ \ f I X k # é MM Coverage Area ee ` Re a “ ¬—————”
Hình 1.8: Mô hình Root Mode
- Chế độ cầu nối (Bridge Mode): Trong Bridge mode, AP hoạt động hoàn toàn giống với một cầu nối không dây Chỉ một số ít các AP trên thị trường có hỗ trợ chức năng Bridge, đều này sẽ làm cho thiết bị có giá cao hơn đáng kể
sree
we PC
oe | ¢
i Access Point Access Point Nw = -
` | (Bridge Mode) canton ‹ ` q3eerereeesee »% > “<i « xe" Hình 1.9: Mơ hình Bridge Mode
- Chế độ lặp (repeater mode): AP có khả năng cung cấp một đường kết nối không dây vào mạng có dây thay vì một kết nối có dây bình thường Ở chế độ này,
một AP hoạt động như là một root AP và AP con lại hoạt động như là một Repeater
không dây
Trang 204 = i = nol Server E: re? © ~
“” Access Point 1y To)
Sa | (Root Mode) | epeater e
Ls Re asowargsssesssienslE,КiE wee
2“ >
¢ *
Hình 1.10: M6 hinh Repeater Mode
1.4.2 Thiết bi truy cập không dây
_— m
( B) =
Hinh 1.11: Cac thiét bị truy cập mạng không dây
Các máy tính nằm trong vùng phủ sóng wifi cần có các bộ thu không day dé có thể kết nối vào mạng Các bộ thu này có thể được tích hợp vào các máy tính xách tay hay để bàn, hoặc được thiết kế ở đạng để gắn thêm vào các khe cắm mở rộng
của máy tính như: khe căm PCI, khe cắm USB Khi được cài đặt thành công các
thiết bị thu không đây và phần mềm điều khiển (driver) vào máy tính, máy tính có
thể tự động nhận diện và hiển thị các mạng không dây đang tổn tại trong khu vực
1.4.3 Yêu cầu thiết bị sử dụng trong mạng MANET
Như chúng tôi đã trình bày ở phần trên, các thiết bị trong hệ thống mạng MANET di động và vừa đóng vai trò truyền thông vừa đóng vai trò định tuyến Trong hệ thống mạng MANET không có thiết bị điều khiến trung tâm, chính vì vậy cơ sở hạ tầng để triển khai hệ thống mạng MANET khá đơn giản, các máy tính trong hệ thống mạng cần thiết phải có thiết bị truy cập mạng không dây (các thiết bị
Trang 21cơ bản đã trình bày trong phần 1.4.2) để có thé kết nối trực tiếp theo mô hình peer
to peer
15 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHÍNH VÀ ỨNG DỤNG CỦA MẠNG
KHONG DAY
1.5.1 Những đặc điểm chính của mạng không dây
- Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN mà
không bị giới hạn về kết nối vật lý, tạo ra sự thuận lợi trong việc truyền tải dữ liệu
giữa các thiết bị trong hệ thống mạng
- Mạng không dây còn tiết kiệm được chỉ phí thiết kế các đường dây trong tòa nhà và chi phí bảo dưỡng (đối với mạng cục bộ không đây), tiết kiệm thời gian, có
khả năng mở rộng và đặc biệt là tính linh động
- Vấn đề bảo mật trên mạng không dây là mối quan tâm hàng đầu hiện nay Trong mạng cố định truyền thống tín hiệu truyền thông được truyền chủ yếu thông
qua dây dẫn nên việc bảo mật có thể được thực hiện một cách dễ dàng Tuy nhiên,
trên các hệ thống mạng không dây thì việc dò tìm để thâm nhập vào hệ thống mạng sé dé dang hon, vi mang Wireless sir dụng sóng radio nên có thể bắt được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép Ngoài ra mạng Wireless không có ranh giới rõ ràng cho nên rất khó quản lý
1.5.2 Một số công nghệ cơ bản và ứng dụng của mạng không dây
Mạng không dây ra đời đánh dấu một bước phát triển vực bậc của lĩnh vực
mạng máy tính Hầu hết những bất tiện trong việc sử dụng mạng có dây đã được mạng không dây khắc phục Nhằm tạo điều kiện thuận lợi hơn trong quá trình khai thác mạng của người sử dụng, hàng loạt các công nghệ ứng dụng mạng không dây ra đời Trong phần này, chúng tôi giới thiệu một số công nghệ cơ bản được triển
khai phố biến hiện nay
1.5.2.1 Công nghệ WIMax
Cong nghé WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), dua trên dac ta IEEE 802.16-2004, bản thân đã nhanh chóng chứng minh là công nghệ
đóng vai trò chủ đạo trong mạng đô thị không dây băng rộng cố định
Trang 22- Mang WiMAX cố định, dựa trên giao diện không gian (air interface) cua chuẩn IEEE 802.16-2004 là một lựa chọn mang lại hiệu quả kinh tế hơn so với các
dịch vụ truy nhập bằng cáp và DSL Tháng 12 năm 2005, IEEE đã thông qua đặc tả 802.16e là phần bổ sung của 802.16 Phần bổ sung này thêm vào những đặc trưng và những thuộc tính cần thiết để hỗ trợ cho khả năng di động [10]
- WiMAX di động là giải pháp không dây băng rộng cho phép hội tụ máy di động và mạng băng thông rộng cố định thông qua một công nghệ truy nhập vô tuyến băng thông rộng chung và kiến trúc mạng linh hoạt Giao diện vô tuyến trong WiMAX di động chọn sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) nhằm nâng cao hiệu ứng đa đường trong môi trường che chắn NLOS (non-line-of-sight)
1.5.2.2 Céng nghé Wireless USB (WUSB)
- Công nghé USB không dây (WUSB) được phát triển dựa trên công nghệ USB có dây nhằm đưa ưu điểm của chuẩn này vào thế giới không dây trong tương
lai Công nghệ WUSB được thiết kế dé kết nối các thiết bị điện tử dân dụng, thiết bị
ngoại vi máy tính và thiết bị di động
- Công nghệ WUSB được thiết kế dé thay thế các mô hình đang dùng để kết
nối nhóm thiết bị đến thiết bị chủ hoặc thiết bị đến thiết bị trong khoảng cách dưới
10m Băng thông USB không dây được công bố tương đương với băng thông của USB Hi-Speed hién tại là 480Mbps Trong tương lai, băng thông WUSB có thể đạt
đến IGbps khi hòa nhập vào sóng UWB
1.5.2.3 Công nghệ Ulira WideBand (UWP)
UWEB là phổ tần mới và duy nhất được công nhận chính thức gần đây cho phép dùng băng tần rộng đến 7GHz, trải từ tần số 3,1GHz đến 10,6GHz Mỗi kênh sóng có thể có băng thông lớn hơn 500MHz tùy thuộc vào tần số trung tâm Ủy nhiệm truyén théng lién bang (Federal Communications Commission - FCC) da dwa ra các qui định nghiêm ngặt về năng lượng phát sóng sao cho mức năng lượng mà thiết bi UWB sử dụng không nằm trong vùng năng lượng dành cho thiết bị băng tần hẹp
Trang 23- Nhà sản xuất đã rất chú trọng ứng dụng công nghé CMOS (Complementary Metal - Oxide - Semiconductor) do su gidi han vé nang long ctia hé thong UWB Công nghé UWB cho phép tai sử dụng tần số làm việc Trong kết nối ngoại vi, UWB kế thừa được hiệu năng và tính dễ dùng của chuẩn giao tiếp USB Để tháo bỏ đây nối, chuẩn Bluetooth không dây cũng đã ra đời trước đây nhưng còn hạn chế về hiệu năng và tính liên tác Giải pháp WUSB dựa trên UWB vừa ra đời có thể mang lại hiệu năng tương đương cáp USB và kết nối không dây Kết nối USB không dây sẽ là cơ sở quan trọng để UWB tiếp cận đến mảng thị trường kết nối ngoại vi máy tính hiện nay Một trong những mục tiêu mới công bố của nhóm xây dựng Wireless USB là đưa ra đặc tả đạt tốc độ 480Mbps (tương đương USB 2.0) trong bán kính 10m
- Vùng phủ của hotspot Internet hiện nay là nền tảng để hình thành thị trường truy xuất Internet di động từ thiết bị cầm tay Hai công nghệ hiện tại là WLAN 802.11a/g và WPAN Bluetooth còn có những hạn chế riêng do chưa cân đối được hai yếu tố là năng lực cao và năng lượng thấp Sau khi ra đời, UWB sẽ là công nghệ
đạt được cùng lúc cả hai yếu tố trên nên có tác dụng thúc đây mạnh mẽ hơn nữa thị
trường truy cập Internet không dây
1.5.3 Một số ứng dụng mạng MANET
Mạng MANET được sử dụng ở bất cứ nơi nào có nhu câu thiết lập môi trường mạng và có thể sử dụng trong nhiều trường hợp đặc biệt như ở những nơi không có cơ sở hạ tầng truyền thông hoặc ở những nơi cần thiết phải thiết lập một hệ thống mạng tạm thời để sử dụng trong thời gian ngắn Một số lĩnh vực ứng dụng mạng
MANET tiéu biểu:
- Ứng đụng tìm kiếm và cứu trợ trong những tỉnh huống nguy hiểm - Ứng đụng trong quân đội, hải quân và không quân
- Ứng đụng trong chăm sóc sức khoẻ - Ứng đụng trong môi trường giáo dục - Ứng đụng trong môi trường công nghiệp
Trang 241.5.3.1 Ung dung trong tìm kiểm, cứu trợ
Khi chúng ta phải đối mặt với một tình huống không may như: động đất, bão lũ hoặc những thảm hoạ tương tự Mạng MANET dây rất có ích trong những ứng
dụng tìm kiếm và cứu trợ Thảm hoạ để lại hậu quả lớn mà không thể thông tin liên
lạc được bởi vì chúng phá huỷ hết cơ sở hạ tầng mạng Mạng MANET có thể thiết lập lại mà không có những cơ sở hạ tầng đó Có thể cung cấp thông tin liên lạc đến những tô chức liên quan để cứu trợ kịp thời
Mạng cảm biến không dây (một hình thức khác của mạng MANET) được sử dụng để tìm kiếm những người sống sót và chăm sóc sức khoẻ Hoạt động cứu trợ cũng sử dụng những Robot trong việc tìm kiếm những người sống sót Những Robot này có thể giao tiếp với những Robot khác sử dụng mạng MANET và phối
hợp các hoạt động Dựa vào phạm vi ảnh hưởng của thảm hoạ, một số Robot có thể
triển khai việc tìm kiếm và thu thập thông tin trong khoản thời gian ngắn Thông tin thu thập có thể được phân tích, xử lý va trợ giúp trực tiếp nơi nào cân
1.5.3.2 Ứng dụng trong quân đội, hải quân và không quân
Giao tiếp an toàn, bí mật là một trong những đặc điểm chủ chốt của hoạt động
phòng thủ thành công Nhiều hoạt động phòng thủ điễn ra ở những vùng cơ sở hạ tầng mạng không có sẵn Việc sử dụng mạng MANET trong những tình huống như vậy rất có ích Những vấn để liên quan khác (như quân đội, hải quân, không quân) cũng cần giữ thông tin liên lạc với nhau Những máy bay không quân đang bay cũng có thé thiết lập mạng không dây ad hoc để liên lạc với nhau hoặc để chia sẻ hình ảnh, dữ liệu Những nhóm quân đội đang di chuyên cũng có thể sử dụng mạng không dây ad hoc để liên lạc với nhau
1.5.3.3 Ứng dụng trong công tác chăm sóc sức khỏe
Trao đổi thông tin đa phương tiện giữa bệnh nhân và các cơ sở chăm sóc sức khỏe sẽ rất có ích trong những tình huống khẩn cấp Một bệnh nhân được đưa đến bệnh viện bằng xe cấp cứu có thể sử dụng mạng ad hoc đề cung cấp các thông tin về
tình trạng bệnh nhân Điều này sẽ rất có Ích trong việc chuẩn bị một kế hoạch điều trị cho bệnh nhân đang được đưa đến bệnh viện hoặc trước khi đưa đến bệnh viện
Trang 251.6 ĐỊNH TUYẾN TRONG HE THONG MANG MAY TiNH
Trong mạng máy tính để định đường đi trong quá trình truyền đữ liệu người ta thường đùng các bộ định tuyến Hay định tuyến là cách thức mà các bộ định tuyến, các máy tính hoặc các thiết bị mạng sử dụng để tìm đường trong việc phát các gói tin tới dia chi đích trên mạng, đảm bảo tìm đường đi tốt nhất từ lớp mạng này sang lớp mạng khác đề đưa dữ liệu đến được đích mong muốn
Thông thường, tiến trình định tuyến thường chỉ hướng đi dựa vào bảng định tuyến được tô chức trong bộ nhớ của bộ định tuyến (router), đó là bảng chứa những
lộ trình tốt nhất đến các đích khác nhau trên mạng Vì vậy, việc xây dựng bảng định
tuyến trở nên vô cùng quan trọng trong việc định tuyến trên các hệ thống mạng
Để thực hiện được việc chuyển các gói dữ liệu đến mạng đích một cách chính
xác, các router phải nhớ thông tin về đường đi tới các mạng khác Nếu router chạy định tuyến động thì router sẽ tự động nhớ những thông tin này từ các router khác Còn nếu router chạy định tuyến tĩnh thì người quản trị mạng phải cấu hình các thông tin đến các mạng khác cho cdc router
1.6.1 Một số thuật toán định tuyến cơ bản trong mạng 1.6.1.1 Thuật toán Vectơ khoảng cách (Distance Vector)
Phương pháp này được thực hiện bằng cách truyền định kỳ các bản sao của bảng định tuyến từ router này sang router khác Mỗi router nhận được bảng định tuyến của những router lan cận kết nối trực tiếp với nó Dựa vào thông tin cung cấp
bởi các router lân cận, thuật toán vectơ khoảng cách sẽ lựa chọn đường đi tốt nhất
Việc tính toán đường đi trong thuật toán định tuyến theo vectơ khoảng cách dựa vào
thuật toán Bellman-Ford
Thuật toán Bellmen-Ford thường được áp dụng trong giao thức định tuyến tĩnh RIP để xây đựng bảng định tuyến Thuật toán này cũng tương tự như thuật toán Diilkstra nhưng nó không áp dụng phương pháp tham lam trong việc chọn ra đỉnh v có trọng nhỏ nhất lân cận với đỉnh u đang xét
Thuật toán Bellman-Ford tính toán đường đi ngắn nhất từ nguồn tới đích được
mô tả như sau:
Trang 26Input: Dé thi (G, w, s);
Bellman-Ford-More(G, w, s)
- Bước 1: Khởi tạo nút nguồn s - Bước 2: fori= I to VỊG] - 1 do
for mỗi cạnh (u, v) eE[G] do
if d(v) > d(u) + w then {d(u), div) la chi phi được tính từ nút gốc đến cdc dinh u, v}
đ(v): = d(u) + w; - Bước 3: for mỗi cạnh (u,v) eE[G] do
if d[u] + w(u, v) < d[v] then
return False;
else
return True;
Output: Cây đường đi ngắn nhất từ nút s đến các nút khác, kết quả hàm là true nếu không có đỉnh nào mà đường đi đến nó có giá trị lớn hơn tổng đường đi đến nút
ké đứng trước nó với trọng số trên cạnh nối hai đỉnh u và v, ngược lại hàm trả về giá tri là false
Sử dụng các giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách thường tốn ít tài nguyên của hệ thống Tuy nhiên, tốc độ đồng bộ giữa các router lại chậm và thông số được sử dụng để chọn đường đi có thể không phù hợp với những hệ thống mạng lớn
1.6.1.2 Thuật toán trạng thái két néi (Link State)
Trạng thái liên kết là một mô tả đặc điểm các mối liên kết từ bộ định tuyến
này đến các bộ định tuyến lân cận Các đặc điểm này bao gồm: dia chi IP, mat na, kiéu mang kết nối, và các bộ định tuyến kết nối mạng đó
Giao thức định tuyến trạng thái liên kết được thực hiện dựa trên các bản tin thông báo trạng thái liên kết (LSA), mỗi bộ định tuyến xây dựng cho mình một cơ sở dữ liệu trạng thái riêng dựa vào nội dung của các bản tin này Do đó các bộ định
Trang 27tuyến biết rõ và chính xác thông tin tô-pô về mạng và thực hiện truyén dan các gói tin từ nút nguồn đến nút đích trong mạng dễ dàng
Gói thông báo trạng thái liên kết (LSA: Link State A dvertisment) là các gói tin
nhỏ chứa thông tin định tuyến được truyền qua lại giữa các bộ định tuyến, được làm
tràn trên mạng theo định kỳ hay khi có thay đổi thông tin của một bộ định tuyến nào
đó trong mạng Cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (LSDB: Link State Database) duoc
tạo và cập nhật từ thông tin của các bản tin thơng báo LSA
Thuật tốn trạng thái liên kết được dùng để xây dựng và tính toán đường đi ngắn nhất từ nút nguồn đến tất cả các nút đích trong mạng Thuật toán Dijkstra được áp dụng trong giao thức định tuyến trạng thái liên kết được thực hiện qua các bước sau:
Input: Dé thi (G, w, s);
Dijkstra (G, w, s)
- Bước I: Khởi tạo nút nguồn Ss;
- Bước 2: §: = {}; {Cudi cing S sẽ chứa các đỉnh có trọng số đường di ngắn nhất từ s}
- Bước 3: Khởi tạo hàng đợi ưu tiên Q : = VỊG] (Q chứa các đỉnh trong đồ thi G}
- Bude 4: While Q > {} do
u:=EXTRACT_ MIN(Q) {Chon ra dinh v trong Q lân
cận dinh u co trong SỐ cạnh (u,v) nho nhất gan cho u}
- Bude 5:8: = S Ufu} ;Q:=Q\ {u}
- Bước 6: for mỗi dinh v € Adj[u] do {v cdc dinh lién ké voi u}
1F d( v)> d(u) + w then {d(u), d(v) là chỉ phí được tính từ nút gốc đến các đỉnh u, v
d(v): = d(u) + w; ¿quay lại Bước 4} Output: Cây đường đi ngắn nhất từ đỉnh s đến các nút trong mạng
Sử dụng giao thức định tuyến trạng thái liên kết sẽ dẫn đến một số nhược diém:
Trang 28- Router st dụng định tuyến theo trang thái kết nối sẽ phải cần nhiều bộ nhớ hơn và hoạt động xử lý nhiều hơn là sử dụng định tuyến theo vectơ khoảng cách
- Router phải có đủ bộ nhớ để lưu cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng, bảng định
tuyến Khi khởi động việc định tuyến, tất cả các router phải gửi gói LSA cho tất cả các router khác, khi đó băng thông đường truyền sẽ bị chiếm dụng làm cho băng thông dành cho đường truyền dữ liệu của người dùng bị giảm xuống Tuy nhiên, sau khi các router đã thu thập đủ thông tin để xây đựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng thì băng thông đường truyền không bị chiếm dụng nữa
1.6.2 Các giao thức định tuyến trong mạng MANET
Mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) là mạng không dây đặc biệt gồm tập hợp các thiết bị di động, giao tiếp không dây, có khả năng truyền thông trực tiếp với nhau hoặc thông qua các nút trung gian làm nhiệm vụ chuyển tiếp Các nút mạng vừa đóng vai trò như thiết bị truyền thông vừa đóng vai trò như thiết bị định tuyến Với nguyên tắc hoạt động như vậy, nó không bị phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng
mạng cố định nên có tính linh động cao, đơn giản trong việc lắp đặt, chi phí triển
khai và bảo trì thấp
Như vậy, khi sử đụng các giao thức định tuyến thông thường dựa trên các giải
thuật Distance- Vector hoặc Link-State trong mạng Ad hoc sẽ dẫn đến một số vấn dé
phát sinh: [10]
- Tiêu tốn băng thông mạng và năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhật định kỳ: Hầu hết các thiết bị di động trong mạng Ad hoc sẽ hoạt động dựa trên nguỗn pin, việc truyền hoặc nhận gói tin sẽ tiêu tốn đáng kế đến nguồn năng lượng này Ở các mạng thông thường, việc kết nối các bộ định tuyến nhìn chung là không thay đổi về vị trí, chính vì thế ít xảy ra việc thay đổi cấu hình tô-pô mạng nên việc
hội tụ mạng là ít xảy ra Tuy nhiên, trong mạng ad hoc, các nút luôn thay đổi vị trí dẫn đến cấu hình tô-pô mạng thay đổi, nên đòi hỏi cần phải có sự hội tụ của mạng cho các tuyến mới một cách nhanh chóng Dé thực hiện được việc này, các giao thức định tuyến phải liên tục gửi cập nhật định tuyến, dẫn đến việc tiêu tốn khá
nhiều băng thông và năng lượng
Trang 29- Các đường đi dư thừa được tích lũy một cách không cần thiết: Trong môi trường mạng ad hoc, có rất nhiều đường đi từ nút nguồn đến nút đích và những
đường đi này sẽ được cập nhật tự động vào bảng định tuyến trong các thiết bị định
tuyến (thiết bị di động), dẫn đến việc dư thừa đường đi trong bảng định tuyến
Các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc được chia thành 3 loại: Giao thức định tuyến theo bảng ghi (Table-Driven Routing Protocol), Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu (On-Demand Routing Protocol) và Giao thức định tuyến kết hợp (Hybrid Routing Protocol)
Ad hoc Routing Protocols On-Demand Hybrid Hierarchical Ses) START DST MMWN CGSR HOLSR
Hình 1.12: Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc
1.6.2.1 Giao thức định tuyến theo bảng ghỉ (Table-Driven Routing Protocol) Giao thức định tuyến theo bảng ghi còn được gọi là giao thức chủ ứng (Proactive) Theo giao thức này, bất kỳ một nút trong mạng đều luôn duy trì trong bảng định tuyến của nó thông tin định tuyến đến tất cả các nút khác trong mạng Thông tin định tuyến được phát trên mạng theo một khoảng thời gian quy định để giúp cho bảng định tuyến luôn cập nhật những thông tin mới nhất Chính vì vậy, một nút nguồn có thể lấy thông tin định tuyến ngay lập tức khi cần thiết
Trang 30Tuy nhiên, với những mạng mà các nút di chuyển nhiều hoặc các liên kết giữa
các nút bị đứt thì cần phải có cơ chế tìm kiếm hoặc sửa đổi thông tin của nút bị đứt
trong bảng định tuyến, nhưng nếu các liên kết đó không sử dụng thì sẽ trở nên lãng phí tài nguyên, ảnh hưởng đến các băng thông của mạng Chính vì thế giao thức định tuyến theo bảng ghi chỉ áp dụng trong các mô hình mạng MANET mà các nút ít di chuyển
Các giao thức hoạt động theo kiểu giao thức định tuyến theo bảng ghi như: Giao thic DSDV (Destination Sequenced Distance Vector), Giao thiic WRP (Wireless Routing Protocol), Giao thie GSR (Global State Routing)
1.6.2.2 Giao thức định tuyến kết hop (Hybrid Routing Protocol)
Trong giao thức định tuyến này có kết hợp cả hai cơ chế giao thức định tuyến chi tng (Proactive) và giao thức định tuyến phản ứng (Reactive) Giao thức này phù hợp với những mạng quy mô, kích thước lớn, mật độ các nút mạng dày đặc
Trong giao thức định tuyến này, mạng được chia thành các vùng (zone) Mỗi nút duy trì cả thông tin về kiến trúc mạng trong vùng của nó và thông tin về các vùng lân cận Đều đó có nghĩa là giao thức Hybrid sử dụng giao thức định tuyến phản ứng (Reactive) giữa các zone và giao thức định tuyến chủ ứng (Proactive) cho các nút mạng trong cùng zone Do đó, đường đi đến mỗi nút trong củng một zone được lập mà không cần phải định tuyến ra ngoài zone, trong khi đó các tiến trình khám phá đường và duy trì đường thì được sử dụng để tìm kiếm và duy trì đường đi giữa các Zone với nhau
Các giao thức định tuyến tiêu biéu str dung kiéu Hybrid: Giao thire ZPR (Zone Routing Protocol), Giao thtte ZHLS (Zone-based Hierarchical Link State Routing Protocol)
1.6.2.3 Giao thức dinh tuyén diéu khién theo yéu cau (On-Demand Routing Protocol)
Một phương pháp khác với phương pháp định tuyến điều khiển theo bảng ghi đó là định tuyến điều khiển theo yêu cầu còn được gọi là giao thức phản ứng (Reactive) Theo phương pháp này, các con đường đi sẽ được tạo ra nếu như có nhu
Trang 31cầu Khi một nút yêu cầu một tuyến đến đích, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến để tìm đường đi đến dich (Route Discovery) Qua trinh nay chi hoan tat khi đã tìm ra một tuyến sẵn sàng hoặc tất cả các tuyến khả thi đều đã được kiểm tra
Khi một tuyến đã được khám phá và thiết lập, nó được duy trì thông số định tuyến (route maintenance) bởi một số dang thu tục cho đến khi hoặc là tuyến đó
không thể truy nhập được từ nút nguồn hoặc là không cần thiết đến nó nữa
Với các cơ chế đó, các giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu không phát sóng đến các nút lân cân về các thay đổi của bảng định tuyến theo thời gian, nên tiết kiệm được tài nguyên mạng Vì vậy, loại giao thức này có thê sử dụng trong các mạng MANET phức tạp, các nút di chuyển nhiều
Một số giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu tiêu biểu như: Giao thứ CBRP (Cluster Based Routing Protocol), Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector), Giao thức DSR (Dynamice Source Routing), Giao thức TORA (Temporally Ordered Routing Algorihm)
Trong luận văn này, chúng tôi phân tích hai giao thức định tuyến được sử dụng phô biến nhất hiện nay: giao thức DSR và giao thức AODV
1.6.2.4 Giao thức DSR (Dynamic Source ÑoutIng)
DSR (Dynamic Source Routing) là giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả được thiết kế riêng cho mạng MANET DSR cho phép mạng tự động tô chức và cầu hình mà không cần đến sự can thiệp của người quản trị hoặc cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Giao thức DSR là giao thức định tuyến phản ứng (Reactive) sử dụng cơ ché dinh tuyén nguén (source routing), nghĩa là bên gửi sẽ biết tồn bộ thơng tin về đường đi đến đích Phần Header của gói dữ liệu sẽ lưu trữ thứ tự các nút mà gói tin cần phải đi qua để đạt tới đích Do vậy, các nút trung gian chỉ cần giữ liên lạc với các nút lân cận để chuyển tiếp các gói tin
Tại mỗi một nút trong mạng luôn duy trì một bộ nhớ đệm (Router Cache), đây
là cấu trúc đữ liệu lưu trữ các con đường đã biết Khi có đường đi tổn tại trong bộ
định tuyến Cache, các gói tin sẽ nhận thông tin về đường ởi và thực hiện việc truyền tin trên con đường đã chọn Ngược lại, khi không tổn tại đường đi trong bộ định
Trang 32tuyén Cache hoặc có tổn tai đường đi nhưng không còn hiệu lực, DSR sẽ thực hiện
cơ chế phát hiện đường (Route Discovery) bằng cách gởi các gói tin quảng bá
Route Request đến các nút lân cận trên toàn bộ mạng Các nút trung gian nhận được
gói tin quảng bá sẽ kiểm tra đường đi trong bộ định tuyến Cache Khi đường đi được tìm thấy, gói tin Route Reply sẽ chứa thứ tự các chặng tới đích và được truyền trở lại nguồn Như vậy, hoạt động của giao thức DSR bao gồm hai cơ chế chính: cơ chế tạo thông tin dinh tuyén (Route Discovery) va co ché duy trì thông tin định
tuyến (Route Maintanance) [10], [11]
1.6.2.5 Giao thivc AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector)
Giao thức định tuyến AODV là một trong những giao thức định tuyến theo cơ chế phản ứng trong hệ thống mạng MANET Tương tự như giao thức DSR, AODV cũng phát gói tin broadcast để yêu cầu tìm đường khi có nhu cầu Tuy nhiên điểm khác biệt cơ bản đối với giao thức DSR là AODV sử dụng nhiều cơ chế khác để đuy trì thông tin bảng định tuyến, chẳng hạn như nó sử dụng bảng định tuyến truyền thống để lưu trữ thông tin định tuyến với mỗi entry cho một địa chỉ đích [3]
Không sử dụng cơ chế Source Routing và cũng không cần biết thông tin về các nút láng giềng của nó, AODV dựa trên các entry của bảng định tuyến để phát gói tin RREP về nút nguồn và nút nguồn dùng thông tin đó để gửi dữ liệu đến đích Dé đảm bảo rằng thông tin trong bảng định tuyến là mới nhất thì AODV sử dụng kỹ thuật Sequence Number (kỹ thuật này dùng để nhận ra các con đường đi không còn giá trị trong quá trình cập nhật bảng định tuyến) đề loại bỏ những đường đi không còn giá trị trong bảng định tuyến Mỗi nút sẽ có một bộ tăng số Sequence Number riêng cho nó [11]
Tương tự như cơ chế hoạt động của DSR, quá trình định tuyến của AODV
cũng bao gồm 2 cơ chế chính: cơ chế tạo thông tin định tuyến và cơ chế duy trì thông tin định tuyến
1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Mạng không dây ngày nay phát triển rất mạnh mẽ, hàng loạt các thiết bị di động khai thác mạng không đây ra đời, mạng không đây có tính linh động rất cao và
Trang 33được ứng đụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống Vì vậy, mạng không dây
có thể được xem như một công nghệ tiên tiến, một bước phát triển vượt bậc của hệ
thống mạng máy tính Nội dung của chương l đã tìm hiểu cơ bản về mạng không dây, với những mô hình và công nghệ, các ứng dụng, đồng thời phân tích các đặc điểm về mặc kỹ thuật, những khuyết điểm còn tổn tại của mô hình mạng không dây nói chung và mạng MANET nói riêng
Đề tìm hiểu rõ hơn, chúng tôi sẽ tiếp tục đi sâu tìm hiểu vấn đề điều khiến tô-
pô phân cụm trong mạng MANET và một số thuật toán cấu hình tô-pô dựa trên sự
thay đổi các tham số của mạng MANET
Trang 34Chương 2 MỘT SÓ THUẬT TỐN CÁU HÌNH TƠ-PƠ
TRONG MẠNG MANET
2.1 VAN DE DIEU KHIEN TO-PO TREN MANG MANET
Trong mạng không dây Ad hoc di động, mỗi nút của mạng có khả năng thay đổi cấu hình tô-pô thông qua điều chỉnh truyền tải điện của nó liên quan đến các nút
khác trong vùng lân cận Ngược lại, các mạng có dây đã được thiết lập cơ sở hạ tầng
và được cấu hình sẵn với tập trung cấu trúc hệ thống quản lý mạng tại chỗ Do đó, lý đo cơ bản cho việc kiêm sốt tơ-pơ trên MANET là để cung cấp một cơ chế kiểm soát duy trì mạng kết nối và tối ưu hóa hiệu suất bằng cách kéo dài kết nối mạng và tối đa hóa thông lượng mạng Cấu hình tô-pô trong mạng MANET có thể phụ thuộc vào các yếu tố không thể kiểm soát như tính di động của nút, thời tiết, nhiễu cũng như các yếu tố có thê kiểm soát được như công suất truyên, ăng ten định hướng và các kết nói đa kênh
Một cấu trúc liên kết xấu có thé tác động tiêu cực đến dung lượng mạng bằng cách hạn chế khả năng tái sử đụng không gian của truyền thông kênh và cũng có thé làm suy yếu sự mạnh mẽ của mạng Dung lượng mạng có nghĩa là băng thông và khả năng cho nó được sử dụng đề kết nối Một phân vùng mạng có thể xảy ra tỉnh huống mà cấu trúc liên kết mạng trở nên quá thưa thớt Tương tự, một mạng quá dày đặc dễ bị nhiễu ở lớp truy cập trung bình (MAC) vật lý lớp của mạng Vì vậy, mạng không nên quá đày đặc cũng không quá thưa dé liên lạc hiệu quả giữa các nút
địa điểm
2.2 PHAN CUM TRONG MANET
Qua trình phân chia mạng thành các cấu trúc con được kết nối với nhau được gọi là các cụm Mỗi cụm có một nút cụ thể được chọn làm đầu cụm dựa trên một số liệu cụ thể hoặc kết hợp các số liệu như nhận dạng, khử nhiễu, di động, trọng lượng, mật độ, v.v Đầu cụm đóng vai trò điều phối bên trong cầu trúc của nó Mỗi đầu cụm hoạt động như một trạm gốc tạm thời trong cụm của nó và kết nối với các đầu cụm khác Một cụm bao gồm một đầu cụm, công và nút thành viên
- Cụm đâu: nó là điêu phôi của cụm
Trang 35- Céng: là một nút chung giữa hai hoặc nhiều cum
- Nút thành viên (Các nút thông thường): là một nút không phải là nút đầu cụm
hay nút công Mỗi nút thuộc về một cụm độc lập với các nút lân cận có thé nam trong một cụm khác nhau
2.2.1 Phương pháp phần cụm mạng MANET và mô hình
Phân cụm trong mạng MANET phụ thuộc trên tô-pô mạng, vị trí địa lý của các nút (hoặc các bộ định tuyến), sự kết nối, dãy tín hiệu, sự di động cũng như quan hệ
giữa các nút Quan điểm của các mạng phân tầng, mỗi một nút của MANET có thể
được xem như ở mức 0, một vùng bao gồm vai nut được gọi là mức I (hoặc miễn) Các nút này biểu diễn tương tự như các đặc tính di động Một vài cụm mức ] được kết hợp tạo thành các cụm mức 2 Tương tự có thể được định nghĩa các cụm mức thứ 3, các cụm thứ 4 và các cụm mức thứ k Mỗi cụm một mức chứa tối thiểu một
nút và không chồng lấp các cụm mức 1 nào Các cụm ở mức 2 chỉ chứa các cụm ở mức I và chúng không chồng lấp lên nhau Tất cả các nút trong vòng cụm cùng mức 1 được gọi là cục bộ (hay trong vòng các nút) Các nút nằm trong dãy truyền
Trang 36Hinh tron trang biểu diễn nút hoặc bộ định tuyến, hình tròn đen biểu diễn nút cầu hoặc miễn bộ định tuyến biên, hình elip biểu diễn miền và hình vuông đen biểu
diễn phần đầu cụm Trong mỗi đầu cụm hoạt động như kết hợp giải quyết đăng ký kênh, thi hành kiểm soát nguồn, duy trì phân chia thời gian đồng bộ và nâng cao sử dụng lại không gian băng thông
Cho đến khi định tuyến được kết nối, một mạng luôn được biểu diễn đồ thị
trọng số hai chiều G = (V, E), trong đó V biểu diễn tập các nút, E tập kết nối liên
kết truyền thơng Cho ® biêu diễn tập các nút phát đa hướng ® Œ V VỊ và |E| biểu thị số của các nút và các liên kết trong MANET tương ứng Không mất tính tổng
quát chỉ xét đồ thị hai chiều trong tất cả các liên kết giữa một cặp nút theo thứ tự 2.2.2 Đặc trưng chính của mạng MANET phân cụm
Trong một cụm chỉ có đầu cụm, mỗi một nút trong MANET phân cụm là đầu cụm hoặc liền kể hơn các đầu cụm Hai đầu cụm bất kỳ không liền kể nhau Mỗi một nút của G có thể được biểu diễn một bộ đôi (ip, id), trong do ip là số duy nhất mỗi nút, ¡d = I đến nút thuộc ® và ¡d = 0 đến nút khác Một nút sẽ phát định kỳ các
gói Hello đến các lân cận của nó Gói Hello bao gồm các giá trị ip va id cua nut gửi
Vì vậy, một nút có thể sinh ra danh sách nút lân cận, và tất cả danh sách nút lân cận sẽ tạo thành bảng nút lân cận Chọn một nút với 1p nhỏ nhat va id = 1 như một đầu cụm và các nút khác là các nút bên trong cụm trong cùng một mức cụm Các nút đầu cụm và các nút cầu có thể xây dựng mạng backbone của MANET Đôi khi cụm có thể làm nhiệm vụ đại diện cho nút kế tiếp VỚI Ip CỰC tiéu va id = 1 trong cum Thủ tục để xuất đầu cụm được đưa ra hiếm có thể được thực thi, do đó giảm cập
nhật hệ thống, giá trị tính toán và truyền thông
Cho s € ® là nút nguồn của một cây phát đa hướng (multicast) và M ŒG {® — {s}} là tập các nút cuối của cây multicast Cho R là trọng số đương và R” là trọng số không âm Mỗi liên kết e € E có thê định nghĩa độ đo QoS: hàm độ trễ delay(e): E— R, hàm giá cost(e): E — R, hàm băng thông bandwidth(e): E —> R và hàm độ tré jitter delay-jitter(e): E > R*, tương tự cho mỗi nút n € V cũng có thể định nghĩa
vài độ đo: hàm độ trễ delay(n): V — R, hàm giá cost(n): V — R, hàm độ trễ jitter
Trang 37delay-jitter(n): V —> R” và hàm mất gói packet-loss(n): V —> R” Ta cũng sử dụng T(s, M) biểu diễn một cây multicast trong đó các quan hệ như sau:
(1) delay( p(s, f))=>` eeP(s,t) delay(e) ere delay(n),
(2) cos/(p(s, M))=>` eT (s,M) cos/(2)+Д, neP(s,t) cost(n),
(3) bandwitdth( p(s, t)) =min{bandwidth(e),e €P(s,t)},
(4) delay — jitter( p(s, t)= > ee P(s,t) delay— jitter(e) + er 5 delay — jitter(n), (5) packet — loss( p(s, t))=1- II 5 (I— packet — loss(n))
Trong do:
P(s, t) biéu dién dudng dan tr nguén s dén nut cudi t cla cay T(s, M)
Bài toán định tuyến phân cụm dựa trên QoS là tìm T(s, M) thỏa mãn các ràng
buộc QoS:
Ràng buộc trễ: delay(p(s, t)) < D,
Ràng buộc băng thông: bandwidth(p(s, t)) > B Rang buéc dé tré jitter: delay-jitter(p(s, t)) < J Ràng buộc mắt gdi: packet-loss(p(s, t)) < L
Trong do ham cost(T(s, M)) nén cue tiéu, D ràng buộc độ trễ, Ð ràng buộc
băng thông, J ràng buộc độ trễ jitter và L ràng buộc mất gói Trong rang budc QoS ở
trên băng thông là độ đo cực tiểu, độ trễ jitter va do trễ là độ đo cấp số cộng, và mất
gói là độ đo cấp số nhân Trong các độ đo này độ đo cấp số nhân có thể chuyển đổi thành độ đo cấp số cộng Đơn giản chúng ta giả sử rằng tất cả các nút có tài nguyên đủ, nghĩa là chúng có thê thỏa mãn ràng buộc QoS ở trên Vì vậy chúng ta chỉ xem
xét các ràng buộc QoS liên kết hoặc cạnh Đặc tính của cạnh có thể được miêu tả
một bộ 4 (D, J, B, C), trong đó D, 1, B và C tương ứng biểu diễn độ trễ, độ trễ jitter,
băng thông Đơn giản chúng ta xem xét chính ràng buộc QoS băng thông và độ trễ
Trang 382.3 MỘT SĨ THUẬT TỐN CÂU HÌNH TƠ-PƠ
2.3.1 Mơ hình và thuật toán FWCA
Chúng ta sẽ tìm hiệu hai mô hình ỗn định nút và mô hình cân bằng tải
2.3.1.1 Tổng hợp ưu tiên nút
Chúng ta thấy rằng bất kỳ nút nào cũng có thể là đầu cụm Hình 2.2 (a) cho thấy cấu hình ban đầu của các nút trong mạng với nút riêng lẻ ID Các vòng tròn chấm với bán kính bằng nhau hiển thị phạm vi truyền cố định cho mỗi nút Hình 2.2
(b) và (c) đại diện giai đoạn chọn thuật toán phân cụm có trọng số (WCA) và giai đoạn hình thành cụm tương ứng Theo quan sát từ hình 2.2 (b), 5 nút viễn (2, 3, 4, 6 va 11) được chọn là đầu cụm Trên thực tế, các đường viên và các nút bị cô lập được coi là các đầu cụm không mong muốn Để khắc phục sự thiếu hiệu quả được
phát hiện trong WCA và các thuật toán phân cụm tương tự khác
Đầu tiên thiết lập mô hình tập hợp nút ưu tiên, chúng tôi xác định bài toán tập
hợp các nút trong không dây Ad hoc nhu sau: Set name (vị) = { vị, such that condison} trong đó tên tập hợp và điều kiện được để cập trong bảng sau:
Bang 2.1: Đặt phân vùng lại nút Đặi tên | Nút mạnh (v) | ` Núi yêu: W(v,) Nói biên: B (vị) | Nút bị cô lập: I(v) Điều kiện đeg (vị > 3 đeg (vị) = 2 deg (v;) =1 deg (v;) =0 Trong Bảng 2.1, mức độ ưu tiên của nút mạnh> mức độ ưu tiên của nút yêu> mức độ ưu tiên của nút biên> mức độ ưu tiên của nút bị cô lập Chúng tôi thiết lập
mô hình tổng hợp ưu tiên nút Chỉ báo loai nut (ntype) được tính như sau:
1, đeg wj) >3
2, đeg (vị) = 2
niype (vs) 3, deg (v) = 1 (2.1)
4, deg (v,) =0
Dựa trên chỉ báo loại nút, giới thiệu một biện pháp mới là “chất lượng nút” của nut v;, q(v;) và được tính như sau:
ndq(v;) = ntype(v;) x deg(v;) (2.2)
Trang 39l 3 ` —O 9s » fs 7 1 NY ® /\ / 5: ý Ó 7 © , ĩ Ne (a) (b) (c) Hình 2.2: (a) Cấu trúc liên kết hệ thống: (b) Giai đoạn chọn WCA; (c) Giai đoạn hình thành WCA * Mát độ nút
Mật độ k của một nút v, c ƒ (lưu ý ps(v,) là tỷ lệ giữa số cạnh giữa (%,) và k-lân
cận của nó (theo định nghĩa mức độ của v,), số cạnh giữa v; của k-lân cận và số nút bên trong v; của k-lân cận:
px@W) = le = (vy„vw €E vị € LVL (vi vn € Liv) |/deg(v) = \e(v)|\/degiv) — (23)
* Hé qua 1
Tương tự như (2), “chất lượng cạnh” edq(y, các cạnh nằm giữa (v, và lân
cận k của nó và số lượng các cạnh giữa v; của lân cận k được suy luận như sau:
edq(v,) = ntype(v,) x \e(v)| (2.4)
2.3.1.2 Nang luong pin còn lại
Trong WCA quan trong ở việc tính toán thời gian tích lũy trong đó một nút đóng vai trò là đầu cụm Điều này không thể đảm bảo đánh giá tốt về mức tiêu thụ năng lượng vì truyền thông dữ liệu tiêu thụ một lượng lớn năng lượng và thay đổi rất nhiều từ nút này sang nút khác Do đó, chúng tôi áp dụng một phương pháp đơn giản hơn Mỗi điện thoại di động nút có thể dễ dàng ước tính năng lượng pin còn lại
của nó ®BE(v;) Do đó, một nút có năng lượng pin còn lại lâu hơn là sự lựa chọn tốt
hon cho cum dau [12]
2.3.1.3 Tăng cường Ổn định cụm
Mặc dù tính di động của nút trong mạng MANET nhưng cấu trúc cụm phải
được giữ ổn định nhất có thể Nếu thay đổi cụm thường xuyên hoặc phân cụm lại sẽ
ảnh hưởng xấu đến hiệu suất phân bổ tài nguyên vô tuyến và giao thức lập lịch Ý
Trang 40nghĩa của sự ổn định là cấu trúc cụm không thay đổi trong một thời gian nhất định
[7] Một sơ đỗ ổn định mới dựa trên sự khác biệt của vùng truyền được mô tả trong
hình 2.3 Phạm vi truyền của một nút v; nằm bên trong một vòng tròn có bán kính r; Vùng tin cậy (bán kính r;) chứa các nút lân cận đáng tin cậy có vùng lân cận
được đảm bảo trong một khoảng thời gian xác định Tuy nhiên, các nút lân cận
khác, nằm trong vùng được coi là không thuận lợi về mặt tô-pô (không tin cậy) vì các nút có thể được giả định rời khỏi phân vùng sớm hơn các nút đáng tin cậy Để ưu tiên hơn cho các nút đáng tin cậy và ít ưu tiên hơn cho các nút không tin cậy
trong quá trình lựa chọn đầu cụm, chúng tôi giới thiệu theo một chỉ báo phạm vi
(rind) giữa hai nút lân cận v; và v,
1, dist(v,v) <r)
rind(v,v,) = đ(T¿ - T)), r, đisÍ(V,Vj) Tạ (2.5)
0, đisf(v„V;) = 12
Trong dé 0<a<1 1a hé sé nguéi ding dau vao cé thé doc diéu chinh bang
cach chon các giá trị phù hợp dựa trên tốc độ di động của mạng Dé hưởng lợi từ chỉ
số phạm vi, chúng tôi giới thiệu một biện pháp mới đó là “khoảng cách khu vực (zonal distance)” ti mot nút v; đến một nút vy; Biện pháp này có tính đến loại vùng
nơi nút v; được đặt và được tính như sau:
zonedisf(Vị v;) = rind(v;, vj) x dist(v;, v;) (2.6) Vị Tị Trusted Zone 1, Risked Zone vj € Transmission Range Zone Hinh 2.3: Phan ving lai ving truyén 2.3.1.4 Chất lượng của cụm
Chúng tôi giới thiệu một số thông số mới đảm bảo “Chất lượng của cụm”
(QoC) Theo QoC, cac đặc điểm của cụm có thể được đo lường, cải thiện và ở một mức độ nào đó đảm bảo trước Mục tiêu của QoC là cung cấp sự đảm bảo về khả