ĐỖ ĐÌNH CƯỜNG Trang 3 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật định tuyến đa đường theo trọng số QoS cho mạng ad hoc di động” tôi đã nhận được sự giúp
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN bưq1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Trần Thị Thanh Dung NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG THEO TRỌNG SỐ QoS CHO MẠNG AD HOC DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2023 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Trần Thị Thanh Dung NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG THEO TRỌNG SỐ QoS CHO MẠNG AD HOC DI ĐỘNG Ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐỖ ĐÌNH CƯỜNG Thái Nguyên - 2023 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật định tuyến đa đường theo trọng số QoS cho mạng ad hoc di động” tôi đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên để hoàn thành luận văn này Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, Khoa Công nghệ thông tin, các thầy giáo, cô giáo thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên đã tham gia quản lý, giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu Tôi xin bày tỏ sự biết ơn đặc biệt đến Thầy TS Đỗ Đình Cường - người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ về kiến thức, tài liệu và phương pháp để tôi hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong suốt quá trình thực hiện đề tài, song có thểcòn có những mặt hạn chế, thiếu sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2023 Học viên Trần Thị Thanh Dung MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 1 DANH MỤC BẢNG BIỂU 2 MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG VÀ ĐỊNH TUYẾN QoS TRONG MẠNG AD HOC DI ĐỘNG 5 1.1 Khái niệm mạng ad hoc di động 5 1.2 Vấn đề định tuyến dành cho mạng ad hoc di động 10 1.2.1 Yêu cầu của bài toán định tuyến đối với mạng ad hoc di động 10 1.2.2 Phân loại các chiến lược định tuyến dành cho mạng ad hoc di động 11 1.3 Định tuyến đa đường và định tuyến QoS trong mạng ad hoc di động 16 1.3.1 Giao thức định tuyến đa đường AOMDV 16 1.3.2 Tích hợp QoS vào giao thức định tuyến đa đường AOMDV 18 1.4 Tổng kết Chương 1 20 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG THEO TRỌNG SỐ QoS TRONG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN QCLR 22 2.1 Ý tưởng cải tiến giao thức QCLR từ giao thức AOMDV 22 2.2 Xây dựng hàm lượng giá đường theo QoS 23 2.2.1 Phân lớp các ứng dụng theo yêu cầu QoS 23 2.2.2 Phương pháp ra quyết định chọn đường 24 2.2.3 Xác định trọng số của các tham số QoS 27 2.3 Cơ sở kỹ thuật của định tuyến đa đường theo trọng số QoS trong giao thức QCLR 30 2.3.1 Xây dựng hàm lượng giá đường 30 2.3.2 Cơ chế định tuyến QoS đa đường của giao thức QCLR 31 2.4 Tổng kết Chương 2 34 CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG THEO TRỌNG SỐ QoS TRONG GIAO THỨC QCLR 35 3.1 Kịch bản mô phỏng 35 3.2 Các độ đo đánh giá hiệu năng 37 3.3 Các kết quả và đánh giá 37 3.3.1 Độ trễ truyền gói tin trung bình 37 3.3.2 Thông lượng trung bình 38 3.3.3 Tỷ lệ truyền gói thành công 40 3.3.4 Tải định tuyến 42 3.4 Tổng kết Chương 3 43 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 1 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Minh họa mạng ad hoc di động 5 Hình 2.1 Cây AHP cho bài toán chọn đường đa tiêu chuẩn 27 Hình 3.2 Trễ truyền gói trung bình của giao thức QCLR & AOMDV 38 Hình 3.3 Thông lượng trung bình của giao thức QCLR & AOMDV 39 Hình 3.4 Tỉ lệ truyền thành công của giao thức QCLR & AOMDV 41 Hình 3.5 Tải định tuyến của giao thức QCLR & AOMDV 42 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chiến lược định tuyến mạng ad hoc di động 11 Bảng 2.1 Các ngưỡng QoS theo các lớp lưu lượng 24 Bảng 2.2 Lượng hoá độ quan trọng của các tham số QoS lớp 1 28 Bảng 2.3 Lượng hoá độ quan trọng của các tham số QoS lớp 2 28 Bảng 2.4 Lượng hoá độ quan trọng của các tham số QoS lớp 3 28 Bảng 2.5 Trọng số của các tham số QoS theo các lớp lưu lượng 30 Bảng 2.6 Trọng số của các tham số QoS trong hàm lượng giá đường 31 Bảng 3.1 Các tham số chung của mô phỏng 36 Bảng 3.2 Các tham số đặc biệt của mô phỏng 36 Bảng 3.3 Trễ truyền gói trung bình của giao thức QCLR và AOMDV 37 Bảng 3.4 Thông lượng trung bình của giao thức QCLR và AOMDV 39 Bảng 3.5 Tỷ lệ truyền thành công của giao thức QCLR và AOMDV 40 Bảng 3.6 Tải định tuyến của giao thức AODV và AODV-DM 42 3 MỞ ĐẦU Trong xu thế phát triển của mạng Internet kết nối vạn vật hiện nay, bên cạnh các kết quả nghiên cứu đã tương đối hoàn thiện nhằm phát triển hệ thống mạng lõi, các nghiên cứu phát triển các công nghệ mạng không dây cho phép kết nối các thiết bị thông minh để triển khai nhiều ứng dụng hữu ích phục vụ cho cuộc sống của con người ngày càng được chú trọng Công nghệ mạng không dây nói chung và mạng ad hoc di động [1] nói riêng được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như phòng chống thiên tai, thảm họa, hỗ trợ giám sát giao thông, môi trường, sản xuất, phục vụ quốc phòng, an ninh, hỗ trợ các công việc trong lĩnh vực kinh doanh, văn phòng, giáo dục, giải trí … Với đặc điểm là một hệ thống mạng được triển khai mà không cần sự hỗ trợ của hạ tầng mạng cố định, một trong những vấn đề quan trọng ảnh hưởng tới hiệu năng mạng ad hoc di động là giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng Vì vậy, định tuyến trong mạng ad hoc di động là một vấn đề lớn được quan tâm nghiên cứu ngay từ ngày đầu công nghệ mạng này ra đời và vẫn đang tiếp tục được quan tâm nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu năng trong các mô hình mạng ad hoc di động cụ thể AODV [2] là một giao thức định tuyến động, hoạt động theo yêu cầu, đa chặng và tự khởi động giữa các nút di động trong mạng ad hoc di động Nó cho phép tìm đường nhanh và không yêu cầu các nút duy trì các con đường tới đích khi không truyền thông Giao thức này cũng cho phép các nút hoạt động bình thường ngay cả khi cấu trúc mạng thay đổi hoặc liên kết bị đứt Giao thức định tuyến AOMDV [3] được phát triển từ giao thức định tuyến AODV Nó kế thừa nhiều đặc tính của giao thức AODV như: định tuyến theo yêu cầu, đa chặng và sử dụng cơ chế cập nhật theo sự kiện Sự khác biệt lớn nhất của hai giao thức này chính là số lượng đường được tìm thấy sau mỗi tiến 4 trình tìm đường Trong khi giao thức AODV chỉ tìm duy nhất một đường thì giao thức AOMDV cho phép tìm nhiều hơn một đường cài đặt vào bảng định tuyến Trong thời gian qua, đã có những đề xuất cải tiến giao thức AOMDV theo cách tiếp cận xuyên tầng nhằm hỗ trợ yêu cầu QoS của dữ liệu Tuy nhiên, trong những cải tiến này, việc phân lớp các lưu lượng dữ liệu của tầng Ứng dụng theo yêu cầu QoS theo chuẩn ITU-T G.1010 [4] vẫn chưa được thực hiện Điều này dẫn đến sự hỗ trợ của thuật toán định tuyến theo yêu cầu QoS chưa thực sự hiệu quả Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu về một kỹ thuật định tuyến mới được đề xuất trong giao thức định tuyến QCLR [5] Đây là giao thức được phát triển từ giao thức AOMDV cho phép nhận biết các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) từ các chương trình ứng dụng và tìm đường phù hợp với các yêu cầu QoS để chuyển tiếp dữ liệu trên cơ sở tích hợp các tham số về chất lượng đường, độ bền vững của đường và các thông số QoS vào độ đo định tuyến Kỹ thuật này đòi hỏi phải có kiến trúc giao thức định tuyến hoạt động liên tầng và các kỹ thuật ước lượng các thông số kỹ thuật của liên kết và đường đầu cuối nhằm mục đích phân loại và sắp xếp độ ưu tiên khi sử dụng các con đường tìm được để chuyển tiếp cho dữ liệu của các ứng dụng khác nhau Cấu trúc luận văn được trình bày như sau: Chương 1 trình bày tổng quan về định tuyến đa đường và định tuyến theo chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng ad hoc di động Kỹ thuật định tuyến đa đường theo trọng số QoS sẽ được trình bày chi tiết trong Chương 2 thông qua giao thức định tuyến QCLR Kết quả của việc cài đặt, mô phỏng, so sánh đánh giá hiệu năng của giao thức QCLR và một số giao thức cùng lớp được trình bày trong Chương 3 Nội dung tổng kết và hướng phát triển của đề tài được đưa ra trong phần kết luận 5 CHƯƠNG 1 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG VÀ ĐỊNH TUYẾN QoS TRONG MẠNG AD HOC DI ĐỘNG 1.1 Khái niệm mạng ad hoc di động Mạng ad hoc di động (Mobile Ad hoc Network - MANET) [1] là một tập các nút không dây di động có thể trao đổi dữ liệu một cách linh động mà không cần sự hỗ trợ của trạm cơ sở cố định hoặc mạng có dây Mỗi nút di động có một phạm vi truyền giới hạn, do đó chúng cần sự trợ giúp của các nút láng giềng để chuyển tiếp các gói dữ liệu Hình 1.1 Minh họa mạng ad hoc di động Hình 1.1 minh họa một mạng ad hoc di động Trong đó, các gói tin từ nút nguồn là một máy tính cần chuyển tới một nút đích là một điện thoại thông minh không nằm trong phạm vi truyền của nút nguồn Vì vậy, cần có sự trợ giúp của các nút trung gian để chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích Để thực hiện được công việc này, các nút mạng phải sử dụng giao thức định tuyến phù hợp cho mạng ad hoc di động