Giao thứ quản lý topology trong mạng không dây ngang hàng

Trang 1   PHÙNG MINH QUÂNGIAO THỨC QUẢN LÝ TOPOLOGY TRONG MẠNG KHÔNG DÂY NGANG HÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Trang 2 TRƯỜNG ẠI HỌC ĐBÁCH KHOA HÀ ỘIN   PHÙNG MINH QUÂN Tr

     

TRONG MẠNG KHÔNG DÂY NGANG

HÀNG

LUẬN VĂN TH ẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TR Ư ỜNG ẠI HỌC Đ B ÁCH KHOA HÀ ỘI N

NHỮNG LỜI ĐẦU TIÊN

Với những dòng chữ đầu tiên này, tôi xin dành để ử g i lờ ải c m ơn chân thành và sâu sắc nhấ ới cô giáo, tiến sĩt t Vũ Tuy t Trinh - người đã tận tình ế

hướng d n, ch b o và t o cho tôi nh ng đi u ki n tốt nhất từẫ ỉ ả ạ ữ ề ệ khi bắt đầu cho tới khi hoàn thành công việc của mình

Đồng th i, xin trân trờ ọng gử ời l i cảm ơn tớ ậi t p th các th y cô giáo ể ầKhoa Công nghệ Thông tin - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã t n tình giảng ậdạy và tạo cho tôi một môi trường h c t p nghiên cứọ ậ u đ y đ và thu n tiện ầ ủ ậtrong suốt 2 năm học vừa qua

Xin cảm ơn tấ ảt c nh ng ngư i thân yêu trong gia đình tôi cùng toàn thể ữ ờbạn bè, những ngư i đã luôn m m cư i và đ ng viên tôi mỗờ ỉ ờ ộ i khi v p ph i ấ ảnhững khó khăn, bế tắc

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn ti n sĩ ế Phùng Minh Hoàng (School of Computing and Communications Faculty of Engineering and IT - - University

of Technology, Sydney), thạc sĩ Vũ Bội Hằng Ngân hàng Công Thương Việt (Nam), những ngư i đã đem đến cho tôi nhờ ững lời khuyên vô cùng bổ ích đ ểgiúp tháo gỡ những khó khăn, vướng m c trong quá trình làm luận văn ắ

M C L C Ụ Ụ

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN- 4

1.1 Mạng P2P 4

1.1.1 Mạng P2P có dây 4

1.1.2 Mạng P2P không dây Mạng tùy biến không dây – 6

1.2 Bài toán quản lý topology cho mạng không dây P2P 8

1.2.1 Phát biểu bài toán 8

1.2.2 Các phương pháp tiếp cận bài toán quản lý topology cho mạng không dây tùy biến 9

1.2.3 Vị trí của giao thức quản lý topology trong tầng giao thức của mạng tùy biến 10 CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ KẾT NỐI CỦA CÁC NÚT MẠNG LÂN CẬN- 14

2.1 Giới thiệu 14

2.2 Mô hình hóa hệ thống 14

2.3 Một số thuật toán 16

2.3.1 Thuật toán dựa trên tính công bằng 17

2.3.2 Thuật toán dựa trên tính phổ biến của các file 20

2.3.3 Thuật toán dựa trên mức năng lượng của các nút mạng 24

2.4 Vấn đề triển khai các thuật toán 27

2.5 Khuyến nghị về việc sử dụng các thuật toán 28

CHƯƠNG 3 QUẢN LÝ VIỆC BẬT TẮT NÚT MẠNG- 30

3.1 Giới thiệu 30

3.2 Phân loại 31

3.3 Một số giao thức bật tắt không đồng bộ 32

3.3.1 Giao thức RAW 32

3.3.2 Giao thức AWP 40

3.3.3 Giao thức CAW 43

CHƯƠNG 4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG- 55

4.1 Giới thiệu 55

4.2 Ứng dụng trong khắc phục thảm họa 55

4.2.1 Yêu cầu 55

4.2.2 Giải pháp 56

4.2.3 Lựa chọn giao thức quản lý topology 57

4.3 Ứng dụng trong giám sát và theo dõi 59

4.3.1 Yêu cầu 59

4.3.2 Giải pháp 59

4.3.3 Lựa chọn giao thức quản lý topology 60

4.4 Ứng dụng trong chia sẻ file tại các khu vực đông người 61

4.4.1 Yêu cầu 61

4.4.2 Giải pháp 61

4.4.3 Lựa chọn giao thức quản lý topology 62

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤ C HÌNH V Ẽ

Hình 1.1: Mô hình mạng P2P 5

Hình 1.2: Mạng tùy biến không dây 7

Hình 1.3: Mục đích giải quyết của bài toán quản lý topology cho mạng tùy biến không dây 8

Hình 1.4: Vị trí của giao thức quản lý topology trong tầng giao thức 11

Hình 1.5: Quan hệ giữa lớp routing và lớp quản lý topology 12

Hình 1.6: Quan hệ giữa lớp quản lý topology vả lớp MAC 13

Hình 2.1: Mạng không dây tùy biến mật độ lớn 14

Hình 2.2: Tính bất đối xứng của tập liền kề 16

Hình 2.3: Sự phụ thuộc của xác suất download file vào thứ hạng file 22

Hình 3.1: Xác suất để có ít nhất 1 nút trong tập chuyển tiếp của nút s ở trạng thái hoạt động khi nút s hoạt động 35

Hình 3.2: Các trường thông tin cần lưu trữ về nút mạng lân cận của giao thức AWP 36

Hình 3.3: Sự phụ thuộc giữa tỷ lệ gói tin được gửi thành công với tỷ lệ phần trăm thời gian hoạt động của nút 37

Hình 3.4: Sự phụ thuộc giữa độ trễ của gói tin với tỷ lệ phần trăm thời gian hoạt động của nút 38

Hình 3.5: Năng lượng tiêu thụ của mạng theo thời gian 38

Hình 3.6: Tổng năng lượng tiêu thụ của mạng trong 300 s 39

Hình 3.7: Thiết kế (7:3:1) của lịch bật tắt 40

Hình 3.8: Cấu trúc của 1 time frame 41

Hình 3.9: Ví dụ minh họa về 2 nút lân cận luôn nhận được message thông báo của nhau (Dù đồng hồ bị lệch nhau) 41

Hình 3.10: Các trường thông tin cần lưu trữ về một nút mạng lân cận trong giao thức AWP 42

Hình 3.11: Tỷ lệ phần trăm của năng lượng dùng cho việc điều khiển trong giao thức CAW 52

Hình 4.1: Quá trình gửi message báo động trong mạng sensor khi phát hiện dấu hiệu bất thường 60

Bảng 2.1 Các tham số của mô hình giả lập 18

Bảng 2.2: Tỷ lệ yêu cầu download file thành công khi áp dụng thuật toán dựa trên tính công bằng 19

Bảng 2.3: Độ trễ khi sử dụng thuật toán dựa trên tính công (tính theo giây) 20

Bảng 2.4: Tỷ lệ yêu cầu download file được thực hiện thành công khi sử dụng thuật toán dựa trên độ phổ biến 23

Bảng 2.5: Độ trễ khi sử dụng thuật toán dựa trên độ phổ biến 24

Bảng 2.6: Tỷ lệ yêu cầu download file được thực hiện thành công khi sử dụng thuật toán dựa trên mức năng lượng 26

Bảng 2.7: Độ trễ khi sử dụng thuật toán dựa trên mức năng lượng 26

Bảng 2.8: Đề xuất sử dụng các thuật toán xây dựng tập liền kề 29

Bảng 3.1: Các tham số chính sử dụng trong mô hình giả lập AWP, CAW 50

Bảng 3.2: Tỷ lệ yêu cầu download file được thực hiện thành công đối với CAW và AWP 53

Bảng 3.3: Độ trễ của CAW và AWP 53

Bảng 3.4: Đề xuất sử dụng các thuật toán bật tắt nút mạng 54

M Ở ĐẦ U

S ự phát triển của công nghệ ạ m ng ngang hàng (Peer to peer – P2P), và công nghệ ế k t nối, lưu tr c a thiếữ ủ t bị không dây đã tạo nên một hư ng ớnghiên cứu mới cho ứng dụng mạng, đó là các ứng d ng m ng không dây ụ ạngang hàng (wireless P2P) Mạng không dây P2P cho phép các nút mạng có thể ế k t n i trố ực tiếp với nhau b ng cách sằ ử ụ d ng b thu phát không dây ộ (wireless transceiver) mà không cần b t cấ ứ m t cơ s h t ng cố địộ ở ạ ầ nh nào Đây là một đ c tính riêng bi t c a m ng không dây P2P so v i các m ng ặ ệ ủ ạ ớ ạkhông dây truyền th ng như các m ng chia ô (cellular networks) và mạng ố ạWLAN, trong đó các nút mạng (ví dụ như các thuê bao đi n tho i di động) ệ ạgiao tiếp v i nhau thông qua các tr m vô tuyến cơ sởớ ạ (base station ho c các ) ặđiểm truy c p (access point) ậ

Mạng không dây P2P đư c mong đợ ợi là s tẽ ạo nên cuộc cách mạng thông tin không dây trong một vài năm t i b ng cách kết h p vớ ằ ợ ới các mô hình mạng truyền th ng như Internet, mạng chia ô, truyềố n thông v tinh Theo đó, ệnhững thiết bị ầ c m tay đ ch ng loại (như điủ ủ ện thoại di động, PDA, máy tính xách tay, ) và các thiết bị ố đị c nh (base station, access point) có thể đư c ợkết nối với nhau t o thành mạ ột mạng k t n i toàn c u kh p mọi nơi ế ố ầ ắ

Hiện nay, với tính linh động trong triển khai, m nạ g không dây P2P đã

được áp d ng trong m t số ụ ộ lĩnh vực như chia s d liệu âm thanh hình ảnh, ẻ ữ

cứu hộ và khôi phục sau thảm họa, giám sát phát hiện các bất thư ng trong ờkhu vực quân sự, thu thập thông tin môi trường sinh thái, v.v

Tuy nhiên, mô hình mạng không dây P2P g p ph i m t số thách thức lớn ặ ả ộ

đó là:

• Topology của m ng thư ng xuyên thay đ i: Do các nút mạng là các ạ ờ ổthiết b không dây nên chúng có thị ể chuy n đ ng tự ể ộ do, và có th tham gia ể

hay rời khỏi mạng một cách tùy ý Vì vậy, m i nút mạỗ ng cần ph i cả ó cơ chế xác định xem bản thân nó có thể ế k t nố ới nh ng nút mi v ữ ạng nào

• Năng lượng c a các nút m ng b c n kiệt: Các nút mạng không dây ủ ạ ị ạthường hoạ ột đ ng bằng nguồn năng lượng pin hoặc acquy Vì vậy, nếu không được qu n lý một cách hiệu quả thì năng lượng này nhanh chóng bị ạả c n kiệt

Nhận thức đư c nhữợ ng khó khăn trên, có nhiều hướng nghiên c u đã ứhình thành và thu hút nhiều nhóm nhà khoa học trên thế ớ gi i [7] Tuy nhiên, các nghiên c u này chứ ỉ ậ t p trung vào việc đưa ra nh ng giao thứữ c quản lý topology để đ áp ng cho t ng mứ ừ ục đích ứng dụng c thể hoặụ c trong t ng ràng ừbuộc cụ ể th

Xuất phát từ ự th c trạng đó, với m c đích h th ng hóa và đưa ra những ụ ệ ốkhuyến nghị ề v vi c l a ch n các giao th c qu n lý topology cho các ứng ệ ự ọ ứ ảdụng không dây một cách phù hợp, luận văn sẽ tiến hành phân tích, so sánh, đánh giá một số giao th c qu n lý topology tiêu bi u, t đó đ xu t m t s ứ ả ể ừ ề ấ ộ ốtiêu chí để ự l a ch n các giao thức này cho các ứng dụng không dây cụ thể ọNgoài phần giới thi u vàệ k t ế luận Lu n văn đư c chia thành 4 chương ậ ợchính như sau

Chương 1 – Tổng quan Giới thi u mộệ t cách t ng quan về ự ra đờổ s i và phát triển của m ng không dây P2P, các phương pháp tiếp cận bài toán quản ạ

lý topology cho mạng không dây P2P, vị trí của giao thức quản lý topology trong t ng giao thầ ức

Chương 2 – Quản lý kết nố ủa các nút mại c ng lân c n Chương này ậ

phân tích và đánh giá một số thu t toán quảậ n lý k t n i cế ố ủa một nút mạng v i ớcác nút mạng lân c n nó Thông qua đó luậậ n văn đ xu t vi c áp d ng từng ề ấ ệ ụthuật toán theo từng mục đích ng d ng và ràng bu c c th ứ ụ ộ ụ ể

Chương 3 – Quản lý việc bậ ắ t t t các nút mạng Chương này phân tích

và đánh giá một số giao th c b t tắt các nút mạứ ậ ng nh m ti t ki m năng lượng ằ ế ệcho các nút mạng và đ xu t vi c áp d ng các giao th c đó theo nh ng m c ề ấ ệ ụ ứ ữ ụtiêu và ràng buộc cụ ể th

Chương 4 – M ột số ví dụ ứng dụng Chương này đưa ra một số ịch k

bản về ứng dụng đ minh họa cho viể ệc lựa chọn các giao th c quứ ản lý topology đã phân tích chương 2 và chương 3ở

Phần Kết luận trình bày tổng hợp các kết quả thực hiện luận văn và phương hướng nghiên cứu tiếp theo về các nội dung của luận văn

Mặc dù đã ố ắng hết sức g c, và đư c các thầợ y cô giáo, gia đình và b n bè ạ

tạo mọi đi u kiện thuận lợ ểề i đ học tập nghiên cứu, nhưng luận văn ch c h n ắ ẳ

s ẽ không tránh khỏi có nhiều sai sót Rất mong đượ ự đc s óng góp ý kiến, nhận xét để tôi có thể hoàn thi n đư c kết quảệ ợ làm vi c của mình ệ

CHƯƠNG 1 - T NG QUAN Ổ

1.1 MạngP2P

1.1.1 M ng ạ P2P có dây

1.1.1.1 Giới thi u ệ

Khái niệm m ng ngang hàng (Peer- -ạ to Peer – P2P) bắ ầt đ u xuất hiện từ

1999 và đã thu hút sự quan tâm của giới công ngh ệ thông tin trong những năm gần đây Đặc bi t vi c áp d ng các mô hình P2P trong việc xây dựng ệ ệ ụ

nh ng ữ ứng dụng chia sẻ ậ t p tin, điện thoại trên nền Internet đã đ t đư c ạ ợnhiều thành công

S ự ra đời và phát tri n cể ủa P2P g n li n v i ph n m m ng d ng ắ ề ớ ầ ề ứ ụNapster 20 [ ] Năm 1999, Shawn Fanning b t đắ ầu xây d ng phự ần mềm mang tên Napster Sau đó Napster được xây dựng thành công và trở thành cách chia

s tẻ ập tin chính (miễn phí) vào thời đi m đó, nó đã làm thay đổi cách ểdownload file nhạc và dung lư ng cũng lợ ớn hơn nhiều so với các chương trình chia sẻ ậ t p tin trước đó Đặc đi m củể a phần mềm này là tạo ra một môi trường P2P trên mạng Internet, nhờ đó, người dùng có thể chia s tẻ ập tin t ừ máy tính của mình với tất cả ọ m i người trên th gi i ế ớ

Sau Napster, công nghệ P2P phát tri n mể ột cách nhanh chóng, rất nhiều các h ệ thống khác như Gnutella 19 , [ ] Bitorrent [5], đã xuất hiện Các hệ thống P2P này ngoài việc chia sẻ file còn phát triển theo hướng chia s khả ẻnăng xử lý c a các nút mạủ ng r nh r i ả ỗ

1.1.1.2 Định nghĩa

Mạng P2P là một mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng chủ yếu d a ựvào khả năng tính toán và băng thông của các máy tham gia chứ không t p trung ậvào một số nhỏ các máy chủ trung tâm như các mạng thông thường [18]

Mạng P2P không có khái niệm máy chủ và máy khách Nói cách khác,

tất cả các máy tham gia đều bình đ ng và đư c gọi là peer M i ẳ ợ ỗ nút mạng đóng vai trò đồng th i là máy khách và máy chờ ủ đối với các máy khác trong

Tính chất phân tán của mạng P2P cũng giúp cho m ng ho t đ ng t t ạ ạ ộ ốkhi mộ ốt s máy g p s c Đốặ ự ố i v i c u trúc client-ớ ấ server thông thường, chỉ

cần máy chủ ặp sự ố thì cả ệ ố g c h th ng sẽ ngưng trệ

Mạng P2P có nhiề ứu ng d ng như chia sẻ ệụ t p tin, tất cả các dạng như

âm thanh, hình ảnh, dữ liệu, hoặc đ truyể ền dữ liệu thời gian thực như đi n ệthoại VoIP, P2P TV, P2P streaming Do vậy, mạng P2P v n đang được ẫnghiên c u và phát tri n mứ ể ạnh mẽ

1.1.2 M ng P2P không dây – M ng tùy bi n không dây ạ ạ ế

Trong những năm g n đây, th gi i đã đư c chứầ ế ớ ợ ng kiến s phát triự ển ngoạn mục c a các ủ ứng dụng không dây Đây là k t quả ấế t t yếu của các tiến

b ộ công nghệ liên quan đến mạng không dây và khả năng tính toán, lưu trữcủa các thiết bị di đ ng Toàn bộ ộ ệ ố h th ng kế ốt n i di đ ng đ u hư ng đ n một ộ ề ớ ế

mục tiêu là giúp con ngư i có thể trao đổi và tương tác vớờ i nhau mọi nơi, ởmọi lúc Do vậy m t thi t b di đ ng đang dần dần trởộ ế ị ộ thành thi t bị ếế k t nối toàn cầu cho tấ ảt c m i ngư i ch không đơn thu n là m t cell phone hay ọ ờ ứ ầ ộPDA thông thường

V s ới ự phát triển của công nghệ lưu tr , dung lư ng bộ nhớ ệữ ợ đi n thoại

di động ngày càng đư c m r ng Nếợ ở ộ u như năm 2007, điện thoại có bộ nh 8 ớ

GB như Nokia N95 8 GB, iPhone, Sony Ericsson W960 là chuẩn lưu trữ cao nhất, thì sang 2008, những thiết bị dung lư ng 16 GB bắợ t đầu ra đời như iPhone 16 GB [2], HTC X7510 [9].Ngoài ra các công ngh, ệ ế k t nối như Bluetooth, WLAN IEEE802.11 b/g và Java game cũng được tích h p vào các ợthế ệ h điện thoại di động mới

Những ti n b công nghế ộ ệ nói trên đã góp phần tạo ra m t kiểu k t nộ ế ối mới giữa các thiết bị di đ ng, đó là m ng P2P không dây Trong đó, mỗi thiết ộ ạ

b ịdi động có vai trò và chức năng ngang nhau và được kết nối trực tiếp với nhau thông qua các chuẩn k t nế ối không dây như Bluetooth, IEEE802.11 Như vậy, v b n ch t mạng P2P không dây là một mạng tùy bi n không dây ề ả ấ ếKhái niệm về ạ m ng tùy biến không dây được mô t ả như sau:

Mạng không dây tùy biến (Wireless ad-hoc network): là một tập hợp

gồm nhiều hơn m t thiết bị/nút ạng ới khả năng nối mạộ m v ng và giao ti p ếkhông dây với nhau mà không c n sầ ự ỗ h trợ ủ c a mộ ự quản trị t s trung tâm

nào M i nút trong m t mỗ ộ ạng tùy biến không dây hoạ ột đ ng vừa như m t máy ộchủ (host) vừa như m t thiết bị định tuyến ộ

Mạng loại này đư c gọi là tùy biợ ến (ad-hoc) vì mỗi nút đều sẵn sàng chuyển tiếp dữ liệu cho các nút khác, và do đó việc quyết định xem nút nào sẽ

thực hi n việ ệc chuyển tiế d p ữ ệli u đư c dựa trên tình tr ng kợ ạ ết nố của i mạng Điều này trái ngư c v i các công ngh m ng cũ hơn, mà trong đó ợ ớ ệ ạnhiệm v chuy n tiếp dữ ệu được thực hiện bụ ể li ởi mộ ố nút chuyên biệt, t sthường là có phần cứng đ c biặ ệt và đư c xếợ p thành các loại như router, switch, hub, firewall

Hình 1.2: Mạng tùy biến không dây

Trong mạng không dây tùy biến, tình trạng kết nối giữa các nút mạng

có thể thay đ i theo thời gian tùy theo chuyểổ n đ ng c a nút, s xuất hiện của ộ ủ ựnút mới và việc nút cũ rời kh i mạỏ ng Do đó, các thi t b ho c nút mạng phải ế ị ặ

có khả năng phát hiện sự có m t củặ a các thi t bị khác đểế có th giao ti p và ể ếchia sẻ thông tin Ngoài ra, nó còn ph i có khả ả năng xác định các loại dịch vụ

và thuộc tính tương ứng

Một vấn đề bất cập xảy ra là khi có nhiều nút mạng thì topology m ng ạtrở nên quá phức tạp: Có quá nhiều kết nối giữa các nút, dẫn đến kh năng ảxung đột cao, có quá nhi u lề ựa chọn đ routing d n để ẫ ến thu t toán routing khó ậhoạt động hiệu quả, hao phí năng lượng nút mạng …T đó, mộừ t yêu c u đặt ầ

ra là giảm đ phức tạp cho topology ạng, nghĩa là xác địộ m nh 1 nút đư c phép ợtạo kết nối với các nút nào, và xác định cơ chế để tiết kiệm năng lượng cho nút mạng Đây chính là ụm c đích c a bài toán qu n lý topology cho mạng ủ ảP2P không dây mà luận văn sẽ đề ậ c p trong phần tiếp theo

Hình 1.3: Mục đích giải quyết của bài toán quản lý topology

cho mạng tùy biến không dây

1.2.Bài toán quản lý topology cho mạng không dâyP2P

1.2.1 Phát bi u bài toán ể

Bài toán quản lý topology cho mạng không dây P2P đư c phát biểu ợnhư sau [15]: Quản lý topology là một cách thức phố ợi h p quyế ịt đ nh của các nút mạng trong đó tinh đ n gi i h n truy n tín hiệu c a nút mế ớ ạ ề ủ ạng nh m t o ra ằ ạmột mạng với nh ng thu c tính mong muốn (như tính kết nốữ ộ i) đ ng th i gi m ồ ờ ảnăng lượng tiêu th c a các nút mạng và/hoặc tăng hiệụ ủ u năng c a mạng ủ

1.2.2 Các phương pháp tiếp cận bài toán quản lý topology cho mạng

không dây tùy biến

Hiện nay, các nghiên cứu trên thế ớ gi i về bài toán quản lý topology cho mạng không dây tùy biến tập trung theo 2 hướng ti p cận sau: ế

1.2.2.1 Hướ ng ti p c n d a trên lý thuyế ồ ế ậ ự t đ thị

Theo điều tra c a Rajaraman [16]ủ v ề bài toán quản lý topology trong mạng không dây tùy biến, hư ng tiếớ p c n dậ ựa trên lý thuyết đ th c a bài ồ ị ủtoán có thể phát biểu như sau:

Gọi tập các nút trong mạng tùy biến không dây là V, ta định nghĩa 1 đồ thị có hướng G có tập đ nh là tập các nút mạỉ ng V, t p cậ ạnh {(u,v)| u,v ЄV và

u có thể ế k t nối trực tiếp đến nút v} Cần xác đ nh mộ ồị t đ thị T là đồ ị con th

của G sao cho T có thể đảm bảo đư c chứợ c năng c a mạủ ng Như v y bài toán ậquản lý được quy về việc xây dựng đ th ồ ịT

Trong nhiều năm, r t nhi u tác giấ ề ả đã s d ng phương pháp tiếp cận phi ử ụ

đồ ị để ả th gi i bài toán quản lý topology trong mạng tùy bi n và đưa ra nhiều ếcông trình nghiên cứu có giá trị nh m t i ưu hóa các yếằ ố u t khác nhau c a ố ủ

mạng [23 [11] ] [13] [14] [25]

Như vậy, hư ng ti p c n này thực hiện mô hình hóa toàn bộ mạng thành ớ ế ậ

1 đồ thị và gi i quyết yêu cả ầu bằng phương pháp toán h c ọ Tuy nhiên nhược điểm c a cách ti p cận này là nó đòi hỏi m i ủ ế ỗ nút mạng phải luôn lưu trữ và

cập nhậ thông tin về toàn bộ ạt m ng, đi u này là không khề ả thi đố ới v i mạng không dây tùy bi n có di n rế ệ ộng và các nút m ng di đ ng ạ ộ

1.2.2.2 Hướ ng ti p c n phi đ th ế ậ ồ ị

Một hư ng tiếp cận khác cho bài toán quản lý topology đượớ c đ xuất ềtrong thời gian gần đây là hướng tiếp cận phi đ th Trong hư ng tiếồ ị ớ p cận

này, các mô hình giải tích và các gi i h n v hi u năng không đư c tính toán ớ ạ ề ệ ợtrước Thay vào đó, các tác gi s d ng nh ng môi trư ng gi l p đ đánh giá ả ử ụ ữ ờ ả ậ ểhiệu năng đ t đưạ ợc c a các phương pháp đềủ xu t ấ

Những vấn đ c n giải quyết c a bài toán qu n lý topology cho mề ầ ủ ả ạng không dây P2P theo hướng ti p cậế n phi đ thịồ bao g m: ồ

• Quản lý k t n i c a m t nút m ng v i các nút lân c n: Nghĩa là xác ế ố ủ ộ ạ ớ ậ

định xem m t nút mạộ ng đư c phép tạo liên kết với nút nào trong gi i hợ ớ ạn truyền tín hi u c a nó ệ ủ

• Quản lý vi c b t t t các nút m ng: Nghĩa là thiết lậệ ậ ắ ạ p m t cơ ch b t ộ ế ậtắt cho các nút trong mạng nh m ti t ki m năng lư ng cho nút mạằ ế ệ ợ ng mà v n ẫ

đảm b o đư c hi u năng ho t đ ng c a m ng mứả ợ ệ ạ ộ ủ ạ ở c ch p nh n đư c ấ ậ ợ

Hướng ti p cậế n này đã kh c ph c đư c như c đi m c a hư ng ti p cắ ụ ợ ợ ể ủ ớ ế ận dựa trên lý thuyế ồ ịt đ th , nghĩa là nó kh thi đ i v i mạng không dây tùy biến ả ố ớ

có diện rộng và các nút mạng di đ ng Vì v y, nh ng chương ti p theo c a ộ ậ ữ ế ủluận văn s đi sâu phân tích, ẽ so sánh đánh giá mộ ốt s thu t toán, giao thức ậtheo hướng ti p cậế n phi đồ ị để ả th gi i quyết bài toán quản lý topology, cụ thể

là giải quyết 2 v n đề nêu trên ấ

1.2.3 V ị trí của giao thức qu ản lý topology trong t ng giao thầ ức của

m ng tùy bi n ạ ế

Một câu hỏi được đ t ra là: Giao thức qu n lý topology sặ ả ẽ đư c đ t ở ợ ặđâu trong mô hình phân tầng giao thức của m ng tùy biến? Trên thạ ực tế, việc tích hợp qu n lý topology vào tả ầng giao thức của mạng tùy biến vẫn là một lĩnh vực nghiên c u mởứ và chưa có câu tr l i tốả ờ i ưu cu i cùng Tuy nhiên đa ố

s ố các nghiên cứu gần đây ch p nhận đưa giao thứấ c qu n lý topology vào giữa ảlớp routing và lớp MAC của mạng không dây tùy bi n (Hình ế 1.4) Đây cũng

là vị trí được áp d ng trong toàn b luụ ộ ận văn này

Hình 1.4: Vị trí của giao thức quản lý topology trong tầng giao thức

1.2.3.1 Quan hệ ữ ớ gi a l p quản lý topology và lớp routing

Lớp routing ch u trách nhiị ệm tìm đường giữa nút nguồn và nút đích trong mang Khi nút mạng u c n g i mộầ ử t thông đi p t i nút mạệ ớ ng v, nó s g i ẽ ọ

đến giao th c routing Giao thức này sẽứ ki m tra xem đưể ờng đi t ừ nút u đến nút v đã được bi t chưa Nế ếu chưa, nó bắ ầu thực hiệt đ n pha tìm đư ng (route ờdiscovery) Mục đích của pha này là xác định đường đi t nút u đ n nút v ừ ếNếu không tìm thấy đư ng thì việc kế ốờ t n i giữa 2 nút sẽ ị ủ b h y bỏ hoặc hoãn

lại Nếu tìm được, đường đi gi a nút nguồữ n và nút đích s được cập nhật vào ẽtrong bảng đư ng đi cờ ủa nút nguồn và đường đi này xem như đã biết Ngoài

ra, lớp routing cũng ch u trách nhiị ệm đi u khiểề n các nút trung gian trên

đư ng đi giờ ữa nút nguồn và nút đích để chuy n tiếp các gói tin tới đích ể

S ự tương tác hai chiều gi a l p routing và l p qu n lý topology đư c ữ ớ ớ ả ợminh họa trên hình 1 [15]5 Trong đó, lớp quản lý topology sẽ ạo ra và duy ttrì tập các nút liền k c a m t nút trong mạng, và có thề ủ ộ ể yêu cầu lớp routing thực hiện cập nhậ ại đườt l ng đi khi nó phát hi n r ng danh sách này bệ ằ ị thay

đổi Ngư c lại, lớp routing có thợ ể yêu cầu lớp quản lý topology cập nhậ ại t ldanh sách các nút mậng lân c n n u như nó phát hi n ra có quá nhiềậ ế ệ u đư ng ờ

đi không còn kết nối được

Hình 1.5: Quan hệ giữa lớp routing và lớp quản lý topology

1.2.3.2 Quan hệ ữ ớ gi a l p quản lý topology và lớp MAC

Lớp MAC (Medium Access Control) chịu trách nhiệm đi u phối truy ềcập tới kênh giao tiếp không dây MAC là lớp giao thức rất quan trọng trong các mạng không dây tùy biến giúp, nó t i thiố ểu hóa xung đ t truy cậộ p c a các ủnút mạng t đó duy trì hi u năng cho mạừ ệ ng m c chấp nhậở ứ n đư c Đ mô t ợ ể ả

rõ hơn s tương tác giự ữ ớa l p MAC và l p qu n lý topology ta sử ụớ ả d ng giao thức MAC trong chuẩn IEEE 802.11 đ minh họa ể

Trong 802.11, việc truy c p vào kênh không dây đượậ c đi u ph i thông ề ốqua trao đổi thông đi p RTS/CTS Khi nút u muệ ốn gửi một gói tin cho nút v, trước h t nó g i thông điệp RTS (Request To Send) trong đó chứế ử a ID c a nút ủ

u, ID của nút v, và kích thước c a gói tin c n g i N u nút v n m trong giới ủ ầ ử ế ằhạn truyền tín hi u c a nút u và không có sự ốệ ủ c gì x y ra, nó sẽ nhậả n đư c ợRTS message, và trong trường h p việợ c k t nối có thể ựế th c hiện đư c, nút v ợ

s lẽ trả ời lại bằng thông đi p CTS (Clear To Send) Nếu nhậệ n đư c thông đi p ợ ệCTS, nút u sẽ ắ ầ b t đ u gửi gói tin và chờ thông đi p ACK (Acknowledgement) ệtrả ờ l i từ nút v để báo r ng viằ ệc nh n gói tin đã thành công Để ạậ h n ch xung ế

đột, t t c các nút m ng lưu gi mộấ ả ạ ữ t vector đ theo dõi các quá trình truyền ể

d ữ liệu đang di n ra (Network Allocation Vector - NAV) NAV được cập nhật ễmỗi khi nút mạng nhận được thông đi p RTS, CTS ho c ACK ệ ặ

Chú ý rằng tấ ảt c các nút mạng khác n m trong trong giằ ới h n truyền ạtín của u, v cũng s nghe đưẽ ợc m t ph n hoặc toàn bộ quá trình trao đổi các ộ ầthông điệp RTS/CTS/ACK gi a u và v B ng cách nghe như v y, m i nút ữ ằ ậ ỗ

mạng sẽ nhận biết được nút mạng nào đang nằm lân cận v i mình ớ

Như vậy s tương tác hai chiềự u gi a l p routing và lớp quản lý ữ ớtopology được minh họa trên hình 1.6 [15] Trong đó, lớp quản lý topology sẽ thiết lập mức năng lư ng cho các nút mạng (quy định cơ chế ậ ắợ b t t t cho nút mạng) Ngượ ạc l i lớp MAC sẽ yêu cầu l p qu n lý topology c p nhớ ả ậ ật lại danh sách liền kề ủ c a nút mạng khi nút mạng phát hi n ra nh ng nút m ng mớ ở ịệ ữ ạ i v trí lân cận với nó (Việc phát hi n các nút m ng mớ ở ịệ ạ i v trí lân c n đư c th c ậ ợ ựhiện nhờ cơ chế “nghe” như đã mô tả ở trên)

Hình 1.6: Quan hệ giữa lớp quản lý topology vả lớp MAC

động c a l p giao th c MAC trở nên quá phức tạủ ớ ứ p, đ ng th i giao thức ồ ờrouting cũng hoạ ột đ ng khó khăn hơn do có quá nhiều đường đi đ l a ch n ể ự ọ

Hình 2.1: Mạng không dây tùy biến mật độ lớn

Để gi i quyếả t v n đ nêu trên, giao thức quản lý topology đưa ra một ấ ề

cơ chế để xác đ nh xem m t nút mạị ộ ng đư c phép t o liên kêt v i nh ng nút ợ ạ ớ ữmạng nào trong gi i h n truyớ ạ ền tín hi u cệ ủa nó

2.2 Mô hình hóa hệ ống th

Xét một ứng dụng chia sẻ file P2P hoạt động ở ầ t ng trên cùng của một mạng không dây P2P với N người dùng (N nút) Gọi nút mạng th i là ứ ui, giới hạn truyền tín hi u cệ ủa nút ui là Ri, khoảng cách từ nút ui đến nút uslà dui→us,

và tập tất cả các nút là U

1 δ

Ta đưa ra định nghĩa v t p li n k c a mộề ậ ề ề ủ t nút m ng như sau: T p ạ ậliền kề ủ c a một nút mạng ui (Ký hiệu:Adj ( ui)) là tập hợp các nút mạng us

thỏa mãn:

• Nằm trong giớ ại h n truyền tín hi u cệ ủa nút mạng ui

• Thỏa mãn thu t toán lựa chọn củậ a giao th c qu n lý topology ứ ả

Tính chất bất đ i xứố ng của tập liền kề: Theo cách hiểu thông thư ng ờcủa mạng P2P thì khi nút mạng ui và us có quan hệ ới nhau thì chúng sẽ có vchức năng tương đương nhau trong mối quan hệ đó Tuy nhiên điều này không đúng đối với tập li n kề Vai trò của các nút trong tề ập liền kề là b t đ i ấ ốxứng, nghĩa là nếu cho ui∈ Adj (s ) thì không nhất thiết us∈ Adj (i ), bởi lẽ quy trình xây dựng t p liậ ền kề ủ c a tấ ảt c các nút là hoàn toàn đ c lậộ p nhau Đi u ềnày được minh họa b ng hình v ằ ẽ 2.2: Các đường tròn dùng đ biểu diễn giới ểhạn truyền tín hi u cệ ủa các nút, mũi tên dùng đ bi u di n chi u truyềể ể ễ ề n d ữliệu được phép gi a các nút ữ

Hình 2.2: Tính bất đối xứng của tập liền kề

2.3 Một số thuật toán

Các giao thức quản lý topology được đ xuất gầề n đây đã đưa ra nhiều thuật toán để xây dựng t p liậ ền kề cho nút mạng theo nh ng tiêu chí ữ lựa chọn khác nhau.Trong phạm vi luận văn này, ta sẽ xem xét m t sộ ố thuật toán tiêu biểu dưa trên nh ng tiêu chí cơ bữ ản sau:

• Tính công b ng giằ ữa các nút mạng: Trong mạng tùy biến không dây, các nút mạng luôn phải đóng góp vào vi c duy trì mạng chung (đóng vai trò ệchuyển tiếp dữ liệu cho nút khác) Điều này làm tiêu hao năng lượng c a nút ủmạng và làm chậm tốc đ x lý c a nút mạng đó Vì vậộ ử ủ y đối với nh ng mữ ạng tùy biến mà các nút mạng có tính cá nhân cao, cần phải có một cơ ch m ế đảbảo tính công bằng giữa các nút mạng trong việc đóng góp vào duy trì mạng chung Thuật toán dựa trên tính công bằng đư c trình bày trong phầợ n 2.3.1 sẽ góp phần giải quyết vấn đ ềnày

• Tính hiệu qu c a vi c chia s t p tin gi a các nút mạng: Ứng dụng ả ủ ệ ẻ ậ ữchia sẻ ậ t p tin là ng d ng rứ ụ ất ph biổ ến trong mạng không dây tùy biến hiện nay Nếu một nút mạng ch a nhiứ ều tập tin đư c ưa thích thì s có rợ ẽ ất nhiều

A không nằm trong tập liền kề của B

(c) A và B nằm trong tập liền kề của nhau

kết nố ếi đ n nút mạng đó đ download tậể p tin Khi đó dễ xảy ra trường h p t c ợ ắnghẽn m ng và nút mạ ạng đó nhanh chóng c n ki t năng lưạ ệ ợng Trong trường hợp này, c n áp dầ ụng một cơ ch gi m t i cho các nút mạế để ả ả ng ch a nhi u t p ứ ề ậtin được ưa thích Thu t toán d a trên m c độậ ự ứ ph bi n c a các file đư c trình ổ ế ủ ợbày trong phần 2.3.2 góp phần giải quyế ất v n đ ề này.

• Tính hiệu qu trong vi c s d ng năng lư ng củả ệ ử ụ ợ a các nút m ng: Với ạnhững mạng tùy biến mà các nút mạng có mức chênh l ch năng lư ng l n, ệ ợ ớcác nút mạng có mức năng lư ng th p s nhanh chóng bợ ấ ẽ ị ạ c n kiệt năng lượng

Để kéo dài hoạt động c a các nút mạng này, cầủ n có cơ ch giảm tải cho ếchúng Thuật toán dựa trên mức năng lượng c a các nút mạng trong trình bày ủtrong phần 2.3.3 sẽ đưa ra cơ chế này

Đây là những yếu t quan tr ng và cơ b n nhấ ủố ọ ả t c a các m ng không ạdây P2P thông d ng hi n nayụ ệ

2.3.1 Thu t toán d a trên tính công b ng ậ ự ằ

Mục đích c a thuật toán là để các nút mạng có mứủ c đ đóng góp vào ộmạng chung công b ng vằ ới nhau Ta phân các hoạ ột đ ng của mỗi nút mạng ra thành 2 loại như sau:

• Hoạ ột đ ng đóng góp vào m ng chung: Bao gồm các công việc như ạtrở thành nút nguồn (server node) chứa file cho nút khác download, trở thành nút chuy n tiể ếp (relay node) ữa nút nguồn và nút yêu cầu download file gi(client node), hoặc trao đ i các gói tin đi u khi n vổ ề ể ới các nút khác đ duy trì ể

h tạ ầng mạng

• Hoạ ột đ ng riêng: Bao gồm việc download file từ các nút khác

Ta lượng hóa mức đ đóng góp này bằng metric sau ộ

i

i puble

T

m = [4]

Trong đó i

public

T biểu diễn khoảng thời gian mà trong đó nút mạng ui

đóng góp vào mạng chung, và T i là tổng thời gian mà nút ui tham gia vào mạng P2P như một trong các peer

Khi đó, tập li n k c a nút ề ề ủ us được xác định như sau:

}

| { )

Trong đó: dui→us: là khoảng cách từ nút ui đến nút us

Ri : là gi i hớ ạn truyền tín hi u c a nút ệ ủ ui

λ1: là một giá trị ngư ng nào đó được quy định ỡ

Với thuật toán này, những nút đã đóng góp vào mạng chung trong một thời gian dài sẽ đư c loạợ i khỏi tập liền kề Như v y ta có thể dùng ậ T i và i

public

T

để ả gi i quyết tính yế ốu t “công bằng” đã nêu ở trên

Đánh giá thuật toán

Để đánh giá hiệu năng thu t toán, các tác giảậ đã đưa ra mô hình gi l p ả ậnhư sau

Bảng 2.1 Các tham số của mô hình giả lập

Khu vực giả ậ l p 300m x 300m Thời gian giả ậ l p 4000 giây

Ngoài ra, để th c hiự ện đánh giá, ta sử ụ d ng các đ i lư ng sau: Tỷ l ạ ợ ệdownload file thành công và độ ễ tr :

Tỷ lệ yêu cầu download file thực hiện thành công được định nghĩa như sau

S ố yêu cầu download file thực hiện thành công

Tổng số yêu cầu download file

Đại lư ng này đư c dùng đ xác định xem liệu thuật toán có làm giảm ợ ợ ểkhả năng download thành công của các nút không, bởi lẽ ổ t ng số nút trong tập liền kề ị ả b gi m đi

Độ ễ tr đư c đ nh nghĩa là kho ng th i gian t lúc yêu cầu download ợ ị ả ờ ừfile được phát ra đến lúc file được download hoàn toàn về nút yêu c u Đ i ầ ạ

lư ng này đượ ợc dùng đ xác đ nh li u thuật toán có làm chậm tiến trình ể ị ệdownload file hay không

V i ớ mô hình giả ậ l p trên, kết quả đánh giá hi u năng thu t toán đư c ệ ậ ợtrình bày trong bảng 2.2 và 2.3:

Bảng 2.2: Tỷ lệ yêu cầu download file thành công khi áp dụng thuật toán

dựa trên tính công bằng

Có dùng thuật toán Không dùng thuật toán

Lớn nhất 0.78 0.75

Trung bình 0.70 0.63

Nhỏ nh t ấ 0.64 0.52

Bảng 2.3: Độ trễ khi sử dụng thuật toán dựa trên tính công

Thuật toán này thích h p cho nhợ ững mạng mà mỗi nút m ng có tính cá ạnhân cao và đòi hỏi sự công bằng giữa các thành viên tham gia mạng

2.3.2 Thu t toán d a trên tính ph bi n cậ ự ổ ế ủa các file

Thuật toán đư c thiết kợ ế riêng cho các mạng chia sẻ file không dây P2P Trong đó yếu tố đư c xét đ n là tính ph bi n c a file (hay m c đ ưa ợ ế ổ ế ủ ứ ộthích của ngư i dùng đối với file) đượờ c lưu gi t i các nút mạng Trên thực tế, ữ ạnếu nút mạng us lưu giữ ột số lượng lớn các file có tính ph m ổ ế bi n cao, thì sẽ

có rất nhiều nút khác yêu c u file tầ ừ us Điều này không chỉ chi m băng ế

thông của us mà còn của các nút liền kề ớ v i us, bởi lẽ các nút li n kề ẽề s phải thường xuyên chuyển ti p gói tin Hơn th n a, các nút liền kềế ế ữ này s phải ẽhao phí năng lượng 2 lần: mộ ầt l n là nh n file từ ậ server peer và mộ ầ- t l n chuyển tiếp đến client-peer Trong khi đó server node chỉ ốn năng lượng 1 - t

lần cho việc gửi file và client chỉ ố t n năng lư ng 1 lần cho việc nhận file ợ

Mục đích c a thuật toán là giảm tải cho nh ng nút mủ ữ ạng có nhiều file với mức đ ph bi n cao và các nút li n k c a nó đ tránh t c ngh n và tránh ộ ổ ế ề ề ủ ể ắ ẽlàm cạn kiệt năng lượng của các nút mạng đó

Giả đị nh rằng chúng ta có thể đưa ra thứ ạ h ng r cho m t file f (r = 1,2,3 ộ ) để ể bi u di n mứễ c đ ph bi n củộ ổ ế a file ta s d ng đ nh lu t Zipf [24ử ụ ị ậ ] Định luật này được phát biểu như sau: “Nếu mộ ự ệt s ki n e có thứ ạ h ng là r thì xác suất xuất hiện củ ự ệa s ki n e t l v i ỉ ệ ớ k

Trong đó, s ố mũ xk ấp xỉ ằng 1, K là một hệ ố ỷ ệ nào đó (H s b s t l ệ ốnày được tính toán trong ph n ti p theo)ầ ế iĐ ều đó nghĩa là xác su t đ ột ấ ể mtruy v n tìm kiấ ếm ứng với một file t l ngh ch v i giá tr th h ng của nó Ví ỷ ệ ị ớ ị ứ ạ

dụ, file phổ ế bi n nh t (rank=1) s là file có xác su t đư c yêu c u cao nhất vì ấ ẽ ấ ợ ầkhi đó mẫu s c a phân s trong bi u th c trên là nhỏố ủ ố ể ứ nh t ấ

Lấy loga 2 vế ể bi u thức trên ta được:

Log(prob(e)) = -k log(r) + log(K)

Hình 2.3: Sự phụ thuộc của xác suất download file vào thứ hạng file

Như vậy, m t nút s h u m t sốộ ở ữ ộ lư ng càng l n các file ph bi n thì ợ ớ ổ ếnút đó càng có nhiều kh năng tr ả ở thành server peer, và nút đó sẽ ầ- c n nhi u ềnăng lư ng hơn so vợ ới các nút khác

Gọi rilà thứ ạ h ng trung bình của các file mà nút ui nắm giữ:

J

f r r

K

m = [4]

Khi k=1, giá trị ủ c a K có thể đư c tính như sau Gi nh rằng có tổng ợ ả đị

s ố M file trong mạng chia sẻ file P2P, ta có:

m

K m

K f

1 ) (

Như vậy metric biểu diễn độ phổ biến của file được tính bằng công thức sau:

k i

M

m k popu

1

Xác xuất này được tính toán d a trên thự ứ ạ h ng trung bình của các file

đư c lưu giợ ữ ở b i nút ui, và nó đư c xem như thượ ớc đo để đánh giá kh năng ảmột truy v n tìm ki m file sấ ế ẽ tương ứng v i nút ớ ui

Khi đó, tập li n k c a nút ề ề ủ us được xác định như sau:

}

| { )

λ : là một giá trị ngư ng nào đó được quy định ỡ

Đánh giá thuật toán

Với mô hình giả ậ l p đã nêu trong bảng 2.1, và giá trị λ2=0.016, k t quế ả đánh giá hi u năng thu t toán đưệ ậ ợc trình bày trong b ng 2.4 và 2.5ả

Bảng 2.4: Tỷ lệ yêu cầu download file được thực hiện thành công khi

sử dụng thuật toán dựa trên độ phổ biến

Có dùng thuật toán Không dùng thuật toán

Lớn nhất 0.79 0.75

Trung bình 0.78 0.63

Nhỏ nh t ấ 0.76 0.52

Bảng 2.5: Độ trễ khi sử dụng thuật toán dựa trên độ phổ biến

Có dùng thuật toán Không dùng thuật toán

s ẽ được phân bố đều hơn gi a các nút Điều này làm giảm khả năng yêu cầu ữdownload file không được th c hi n do server bận Tỷ ệự ệ l download file thành công vì thế đư c tăng lên và thời gian trễ ảợ gi m xu ng ố

Thuật toán thích hợp với những mạng chia sẻ file âm nhạc, video clip, …

mà có thông tin về thứ hạng (hay độ phổ biến) của các file có thể xác định trước 2.3.3 Thu t toán dậ ựa trên mức năng lượng của các nút mạng

Yếu tố được xem xét trong thu t toán là mậ ức năng lư ng còn lại của ợcác nút mạng Như đã nói trên, một nút trung gian sở ẽ ố t n nhiều năng lượng hơn so v i nút client và nút server Rõ ràng, không nên đớ ể một nút còn rất ít năng lượng tr thành nút trung gian chuyển tiếp ở

Ta có thể đưa ra m t ngư ng năng lư ng đ t t cả các nút có năng ộ ỡ ợ ể ấlượng trên ngư ng đó s trở thành nút trung gian còn những nút ít năng lượng ỡ ẽhơn ngư ng đó thì luôn luôn đưỡ ợc ph c vụ ụ Tuy nhiên cách làm như vậy không công bằng Vì vậy, thu t toán đ xuậ ề ất việc sử ụ d ng một metric quan hệ giữa us và ui Ví dụ, một nút ui có mức năng lư ng cao hơn ợ us Khi đó ta nói ui thích ợ h p đ trở thành next-hop hơn ể us, và ui cũng thích hợp đểchuyển tiếp các gói tin từ us

Metric của thuật toán được đ nh nghĩa như sau: ị

Tập liền kề ủa nút c us được xác định như sau:

}

| { )

λ : là một giá trị ngư ng nào đó được quy định ỡ

Đánh giá thuật toán

Với mô hình giả ậ l p đã nêu trong bảng 2.1, và giá trị λ3=1.500, k t quế ả đánh giá hi u năng thu t toán đưệ ậ ợc trình bày trong bảng 2.6 và 2.7

Bảng 2.6: Tỷ lệ yêu cầu download file được thực hiện thành công khi sử

dụng thuật toán dựa trên mức năng lượng

Có dùng thuật toán Không dùng ASC

Lớn nhất 0.85 0.75

Trung bình 0.80 0.63

Nhỏ nh t ấ 0.77 0.52

Bảng 2.7: Độ trễ khi sử dụng thuật toán dựa trên mức năng lượng

Có dùng ASC Không dùng ASC

Lớn nhất 123.32 122.50

Trung bình 120.00 110.65

Nhỏ nh t ấ 117.56 92.00

Mục đích chính khi đưa ra metric năng lư ng là đ giảợ ể m độ lệch về

mức năng lư ng giữa các nút khác nhau, trong khi vẫợ n duy trì đư c kết nối ợtrong mạng Phương pháp đây cũng là bi n đ i tậở ế ổ p liền k và topology cề ủa

mạng đ các chức năng làm server và làm nút chuyể ển tiếp được phân bố đề u hơn Độ ễ tr khi s d ng thu t toán tăng lên là do các nút có năng lượng yếu bị ử ụ ậ

hạn chế làm server và nút chuyển ti p ế

Thuật toán thích hợp v i nh ng mớ ữ ạng có mức năng lượng c a các nút ủchênh lệch nhau lớn, và yêu cầu củ ứa ng d ng đòi h i t i đa hóa thời gian duy ụ ỏ ốtrì hoạ ột đ ng của các nút mạng (trong đó bao gồm c nhữả ng nút có m c năng ứlượng th p) ấ

2.4 Vấ n đ triển khai các thuật toán ề

Trong phần này, ta sẽ xem xét và đánh giá phương pháp triển khai các thuật toán trên cho mạng không dây tùy biến

Trong các thuật toán trên, để xây d ng một tập liền kềự cho m i nút ỗ

mạng, các nút cần trao đổi một lư ng thông tin nhỏ để tính toán các metric ợ Lượng thông tin này có thể đư c k t h p trong các gói tin RTS/CTS, vì v y ta ợ ế ợ ậkhông cầ ạn t o thêm các gói tin đi u khi n khác Phương pháp này cũng được ề ể

s dử ụng bởi Muqattash và Krunz trong giao thức điều khiển năng lư ng phân ợtán (distributed control protocol) [1] Tập kết n i (Connectivity Set) trong ốgiao thức của họ cũng tương t như t p liền kề ủự ậ c a các thuật toán trên Tuy nhiên tập liền kề ở đây s d ng nhiều yếử ụ u t : tính công b ng, mố ằ ức năng lượng Nh ng nghiên cữ ứu của Muqattash và Krunz cho thấy việc trao đ i ổthông tin giữa các peer đ th c hiện thuật toán không gây nên hao phí năng ể ự

lư ng đáng k do lượ ể ợng thông tin điều khiển là r t nh Đ c bi t trong t p liấ ỏ ặ ệ ậ ền

k ề đối với các ứng dụng chia sẻ file, lư ng thông tin này là rất bé so với kích ợthước c a các file chia sẻ Theo đềủ xu t của Muqattash và Krunz, tần suất ấtrao đổi của RTS/CTS không đ c p nhật kết n i, và các gói tin HELLO có ủ để ậ ốthể được dùng để trao đ i thông tin nhằổ m xây d ng t p liềự ậ n k ề

Một vấn đ thực tế cũng cầề n đư c xem xét là độợ tin c y c a các nút Ví ậ ủ

d ụ như, ta không thể xác định được nh ng giá trị ềữ v th i gian, mức năng ờlượng mà một nút cung cấp là đúng với giá trị ậ th t Như v y đ l y đư c ậ ể ấ ợgiá trị ậ th t cho các metrics trên, các thiế ị ầt b c n ph i báo giá trị ủả c a chúng m t ộcách tự động chứ không ph i báo mộả t cách th công qua tác độủ ng c a con ủngười V i giớ ả thiết rằng một ngư i dùng bình thư ng không thểờ ờ hack đư c ợvào hệ ề đi u hành của thiết bị thì những giá tr mà thi t bị ế ị cung p một cách cấ

t ự động được xem là giá trị ậ th t

Sau khi nhận được các thông tin cần thiết (Tpublic, Tprivate, Ei, Es ) Mỗi nút sẽ xác đinh metric cho các nút để cho để có thể thực hiện kết nối, đồng th i cũng báo ờlại cho các nút khác bi t liế ệu mình có sẵn sàng trở thành next hop của các nút đó -hay không Và các nút cần một khoảng thời gian chuyển tiếp trước khi các tói tin RTS, CTS hoặc HELLO được trao đổi giữa các nút để tất cả các nút biết được sự tồn tại của nhau và xác định xem nút nào sẽ nằm trong tập liền kề của mình

Việc đánh giá thứ ạ h ng của 1 file ri có thể ự d a trên các th ng kê khác ốnhau (ví dụ ố th ng kê trên Internet) Luận văn không đi sâu vào phương pháp

để xác đ nh ị ri và xem như ri đã biết Thứ ạng này có thể h đư c th ng kê tợ ố ừ trước đó d a trên vi c thống kê truyền file trong mạng Internet ự ệ

Việc tính toán tập liền kề có đ ph c tạp tính toán là hàm tuyến tính Độ ộ ứphức tạp tính toán này phụ thuộc vào tập các nút đầu vào Cụ thể là ổng số nút t

và bán kính truyền dữ liệu của các nút Rõ ràng, thuật toán chỉ liên quan đến việc tìm kiếm các nút thỏa mãn điều kiện của metric tương ứng Hiện đã có một số thuật toán tuyến tính để giải bài toán này [21] Số lượng gói tin trao đổi cần tăng lên để phục vụ ề đi u khiển cũng tỷ lệ với số lượng nút Giả thiết rằng s xung đột ự

đã được gi i quyết ở tầả ng MAC c a mạng Độ phức tạp tính toán đểủ xây d ng ựtập liền k cho 1 nút là O(kN), là mề ột hàm tuyến tính, k là hệ ố s ph thuụ ộc vào bán kính truyền của nút và N là t ng sổ ố nút nằm trong bán kính truyền của nút

Tóm lại, việc triển khai các thuật toán vào mạng không dây tùy biến là hoàn toàn khả thi

2.5.Khuyến nghị ề việ s d v c ử ụng các thuật toán

Trong mạng tùy bi n không dây, các nút m ng luôn phế ạ ải đóng góp vào việc duy trì mạng chung (đóng vai trò server hoặc nút chuyển ti p d li u cho ế ữ ệnút khác) Điều này làm tiêu hao năng lượng của nút m ng và làm chậm tốc ạ

độ ử x lý c a nút m ng đó Vì v y, m t tiêu chí r t quan trọủ ạ ậ ộ ấ ng đ l a ch n ể ự ọgiao thức quản lý topology là tính cá nhân của các nút mạng

Trường hợp tính cá nhân của mỗi nút m ng cao: Nghĩa là các nút mạng ạ

có vai trò tương đương nhau và ứng dụng c n tôn trọầ ng đòi hỏi về tính công bằng giữa các nút mạng Ví dụ như trong m t mạng không dây tùy biếộ n đư c ợthiết lập tự phát ở ững khu vực công cộnh ng như trên xe buýt, trong nhà ch ờtàu hỏa Khi đó sẽ là vô lý nếu như một vài nút mạng liên tục phải đóng vai trò làm server ho c làm nút chuyặ ển ti p và nhanh chóng b c n ki t năng ế ị ạ ệlượng trong khi các nút m ng khác chỉ download file mà không đóng góp gì ạvào vi c duy trì mệ ạng chung Trong trường h p này, việc sử ụợ d ng thuật toán dựa trên tính công b ng hoằ ặc thu t toán d a trên đ ph bi n (n u có th ậ ự ộ ổ ế ế ểthống kê được độ ph bi n cổ ế ủa filechia sẻtrong mạng) là hoàn toàn hợp lý Trường h p tính cá nhân của các nút mạng thấp: Nghĩa là các nút mạng ợđược qu n lý chung bởi một cá nhân hay tổả ch c, hoặc cùng hứ ợp tác với nhau

để ự th c hi n mụệ c đích nào đó Khi đó đ gia tăng th i gian ho t đ ng và th i ể ờ ạ ộ ờduy trì kết n i cố ủa m ng, nh ng nút m ng m c năng lư ng cao hơn cạ ữ ạ ứ ợ ần đóng góp nhiều hơn vào vi c duy trì mạệ ng chung so v i nút mạng có năng lượng ớthấp Như vậy, thuật toán d a trên mự ức năng lượng là thích hợp trong tình huống này

Các đề xu t v vi c sử ụấ ề ệ d ng các thuật toán xây d ng t p liự ậ ền k đư c ề ợtóm tắt trong b ng 2.8ả dưới đây:

Bảng 2.8: Đề xuất sử dụng các thuật toán xây dựng tập liền kề

s dử ụng Nên sử ụ d ng