Nghiên cứu cơ chế định tuyến dựa trên hệ số kết nối với nút láng giêng cho mạng ad học di động

40 Trang 6 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ đầy đủ Ý nghĩa AODV Ad-hoc On-demand Distance Vector Giao thức định tuyến theo yêu cầu dựa trên vector khoảng cách BSP Broadcast Storm P

NGUYỄN HUY QUANG

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN

HỆ SỐ KẾT NỐI VỚI NÚT LÁNG GIỀNG

CHO MẠNG AD HOC DI ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2021

NGUYỄN HUY QUANG

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN

HỆ SỐ KẾT NỐI VỚI NÚT LÁNG GIỀNG

Thái Nguyên - 2021

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ thông

tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, em đã hoàn thành luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ ngành Khoa học máy tính Để có được kết quả này, em xin bày

tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới:

TS Nguyễn Toàn Thắng, Trường ĐH CNTT & TT – ĐHTN: cán bộ

hướng dẫn khoa học đã luôn tận tình giúp đỡ và chỉ bảo em trong suốt quá

trình làm luận văn

Các cán bộ, giảng viên Khoa Công nghệ thông tin và Phòng Đào tạo

cùng toàn thể các thầy, cô giáo trong trường Trường Đại học CNTT & TT -

ĐHTN đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình em

thực hiện đề tài luận văn này

Bên cạnh đó sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và người thân đã luôn ủng

hộ và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể tập trung nghiên cứu hoàn thành

luận văn

Do về mặt kiến thức và thời gian còn hạn chế, luận văn còn nhiều khiếm

khuyết Em mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô và mọi người để

luận văn hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2021

Học viên

Nguyễn Huy Quang

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ VẤN ĐỀ KẾT NỐI TRONG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 9

1.1 Tổng quan về mạng ad hoc di động 9

1.1.1 Khái niệm mạng ad hoc di động 9

1.1.2 Đặc điểm của mạng ad hoc di động 10

1.1.3 Ứng dụng của mạng ad hoc 12

1.2 Giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc di động 14

1.2.1 Yêu cầu đối với giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc di động 14

1.2.2 Một số cơ chế định tuyến trong mạng ad hoc 15

1.3 Một số cải tiến cơ chế chuyển tiếp gói tin điều khiển định tuyến 21

1.5 Tổng kết Chương 1 24

CHƯƠNG 2 CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN HỆ SỐ KẾT NỐI VỚI NÚT LÁNG GIỀNG TRONG GIAO THỨC DCFP 26

2.1 Hoạt động của giao thức DCFP 26

2.2 Các tham số của giao thức DCFP 27

2.3 Hệ số kết nối trong giao thức DCFP 30

2.4 Cơ chế chuyển tiếp gói RREQ của giao thức DCFP 36

2.5 Tổng kết Chương 2 38

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DCFP SO VỚI GIAO THỨC NCPR VÀ AODV 39

3.1 Triển khai mô phỏng giao thức DCFP 39

3.2 Kịch bản và các tham số mô phỏng 39

3.2 Độ đo đánh giá hiệu năng 40

3.3 Kết quả mô phỏng và đánh giá kết quả 41

3.3.1 Đánh giá theo mật độ nút mạng 41

3.2.2 Đánh giá theo tải lưu lượng 50

3.3 Tổng kết Chương 3 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

CBR Constane Bit Rate Luồng bit tốc độ không đổi

DCF Dynamic Connectivity Factor Hệ số kết nối động

DCFP

Neighbor-Based Dynamic Connectivity Factor routing Protocol

Giao thức định tuyến dựa trên hệ

số kết nối với nút láng giềng

DPR Dropped Packet Ratio Tỷ lệ gói bị hủy

DSDV Destination-Sequenced

Distance- Vector routing

Giao thức định tuyến bảng, dựa trên vector khoảng cách theo chặng

DSR Dynamic Source Routing

protocol

Giao thức định tuyến động dựa theo nguồn

HSR Hierarchical State Routing Định tuyến phân cấp

LAR Location-Aided Routing

protocol

Giao thức định tuyến dựa theo vị trí

MANET Mobile Ad hoc Network Mạng ad hoc di động

NCPR Neighbor Coverage based Giao thức xác suất quảng bá lại

Probabilistic Rebroadcast protocol

dựa trên vùng phủ nút làng giềng

OSLR Optimized Link State Routing Định tuyến trạng thái đường liên

kết được tối ưu ZPR Zone Routing Protocol Giao thức định tuyến theo vùng RERR Route Error Bản tin báo lỗi đường truyền RREP Route Reply Bản tin trả lời yêu cầu đường RREQ Route Request Bản tin yêu cầu đường

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Một minh họa của mạng ad hoc di động 9

Hình 1.3 Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phân cấp 18

Hình 1.4 Truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến nguồn 19

Hình 1.5 Truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến từng chặng 20

Hình 2.1 Ví dụ minh họa tiến trình hoạt động của DCFP 26

Hình 2.2 Ví dụ minh họa tiến trình hoạt động của DCFP 29

Hình 2.3 Giá trị DAF và Fc khi số lượng nút thay đổi (<50) 31

Hình 2.4 Giá trị DAF và Fc khi số lượng nút thay đổi (>49) 31

Hình 2.5 Quan hệ giữa xác suất chuyển tiếp (FP) và số nút trong NCPR 35

Hình 2.6 Quan hệ giữa xác suất chuyển tiếp (FP) và số nút trong DCFR 35

Hình 2.7 Lưu đồ thuật toán định tuyến của giao thức DCFR 37

Hình 3.1 Biểu đồ chi phí định tuyến chuẩn hóa theo số lượng nút 42

Hình 3.2 Biểu đồ tỉ lệ phân phối gói theo số lượng nút 44

Hình 3.3 Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút 45

Hình 3.4 Biểu đồ số lần xung đột tầng MAC theo số lượng nút 47

Hình 3.5 Biểu đồ mức tiêu thụ năng lượng theo số lượng nút 48

Hình 3.6 Biểu đồ tỉ lệ tìm đường thành công theo số lượng nút 49

Hình 3.7 Biểu đồ chi phí định tuyến chuẩn hóa theo số kết nối dữ liệu 51

Hình 3.8 Biểu đồ tỉ lệ phân phối gói tin theo số kết nối dữ liệu 52

Hình 3.9 Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình theo số kết nối dữ liệu 53

Hình 3.10 Biểu đồ số lần xung đột MAC theo số kết nối dữ liệu 55

Hình 3.11 Biểu đồ mức tiêu thụ năng lượng theo số kết nối dữ liệu 56 Hình 3.11 Biểu đồ tỉ lệ tìm đường thành công theo số kết nối dữ liệu 57

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Số lượng nút láng giềng trung bình 29

Bảng 2.2 Giá trị các biến của hàm DCF 30

Bảng 3.1 Giá trị các tham số mô phỏng 40

Bảng 3.2 Chi phí định tuyến chuẩn hóa theo số nút 42

Bảng 3.3 Tỉ lệ phân phối gói theo số nút 43

Bảng 3.4 Trễ đầu cuối trung bình theo số nút 45

Bảng 3.5 Số lần xung đột MAC theo số nút 46

Bảng 3.6 Mức tiêu thụ năng lượng theo số nút 47

Bảng 3.7 Tỉ lệ tìm đường thành công theo số nút 48

Bảng 3.8 Chi phí định tuyến chuẩn hóa theo số kết nối dữ liệu 50

Bảng 3.9 Tỉ lệ phân phối gói tin theo số kết nối dữ liệu 51

Bảng 3.10 Trễ đầu cuối trung bình theo số kết nối dữ liệu 52

Bảng 3.11 Số lần xung đột MAC theo số kết nối dữ liệu 54

Bảng 3.12 Mức tiêu thụ năng lượng theo số kết nối dữ liệu 55

Bảng 3.13 Tỉ lệ tìm đường thành công theo số kết nối dữ liệu 57

MỞ ĐẦU

Mạng truyền thông không dây đang rất phổ biến do sự phát triển một cách nhanh chóng của công nghệ không dây và sự phổ biến rộng rãi của các thiết bị di động Sau một thảm họa thiên nhiên, chẳng hạn như hỏa hoạn, lũ lụt hoặc động đất, Mạng ad hoc di động là một trong những mô hình mạng có thể được áp dụng một cách thích hợp vì nó có thể dễ dàng được định cấu hình trong một khoảng thời gian ngắn mà không cần hạ tầng mạng cố định Mạng

ad hoc di động là một mạng tự tổ chức với các nút phân tán tùy ý Hơn nữa, mạng ad hoc di động cũng có khả năng hoạt động cùng với các mạng khác như mạng di động truyền thống và mạng Internet Điều này cho thấy tập các ứng dụng của mạng ad hoc di động rất đa dạng Các ứng dụng này là không giới hạn từ các lĩnh vực như quản lý khẩn cấp và khủng hoảng, chiến trường, thương mại và quân sự

Bên cạnh những ưu điểm đã nói ở trên của ad hoc di động, bản chất di động của các nút trong mạng gây ra giới hạn về thời lượng nguồn pin được cấp cho các nút mạng Thêm vào đó, mỗi nút mạng có thể được trang bị các công nghệ truyền dẫn khác nhau mặc dù trên cơ sở chia sẻ môi trường truyền dẫn không dây Kết quả là, những nút đang cạnh tranh để gửi dữ liệu phải đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên Điều này tạo ra sự chậm trễ không mong muốn và trong một số trường hợp, xung đột có thể xảy ra, làm tăng chi phí định tuyến Đây được gọi là vấn đề “bão phát sóng quảng bá” (BSP)

Chính vì vậy, định tuyến trong mạng ad hoc di động đã trở thành vấn đề thách thức chính vì cấu trúc liên kết của mạng có thể thay đổi dẫn đến lỗi đường truyền dữ liệu có thể thường xuyên xảy ra Các giao thức định tuyến cho mạng máy tính được phân chia thành ba loại: chủ động, phản ứng và kết hợp Mạng ad hoc di động sử dụng các giao thức định tuyến phản ứng nhằm

hướng tới việc đạt được chi phí định tuyến thấp khi các nút mạng có tài nguyên năng lượng thấp Có thể kể đến một số giao thức định tuyến tiêu biểu dành cho mạng ad hoc di động như giao thức AODV, giao thức DSR, giao thức LAR và giao thức ZRP

Trong các giao thức định tuyến AODV và NCPR, khi có dữ liệu cần gửi đến một nút đích, nút nguồn phải kiểm tra bảng định tuyến của nó xem có đường đi tới nút đích không Nếu không có, nó sẽ khởi tạo thông điệp tìm đường RREQ và phát quảng bá nó đến tất cả các nút lân cận Trong trường hợp xấu nhất, cách làm này sẽ truyền gói RREP ngập tràn toàn mạng Hầu hết các thông điệp RREQ được các nút trung gian quảng bá lại là dư thừa làm giảm hiệu suất do phát sinh thêm chi phí định tuyến Nhiều giao thức định tuyến đã được đề xuất để giảm các gói định tuyến bổ sung Các giao thức này được phân chia thành 4 cơ chế hoạt động chính bao gồm: tràn ngập, xác suất, dựa trên vị trí và dựa trên thông tin láng giềng

Mỗi cơ chế định tuyến của giao thức định tuyến đều có những nhược điểm Cơ chế định tuyến tràn ngập cung cấp khả năng tiếp cận tốt trong trường hợp mạng thưa thớt; tuy nhiên, trong một mạng có mật độ lớn, nó là một cơ chế lãng phí tài nguyên Với cơ chế định tuyến dựa trên vị trí, cần có

hệ thống điều hướng không gian, chẳng hạn như Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hoặc những thiết bị đặc biệt để cung cấp thông tin về vị trí của các nút Với cơ chế định tuyến dựa trên xác suất cũng không phù hợp với các mạng có mật độ nút lớn Đã có những nghiên cứu chứng minh rằng cơ chế định tuyến dựa trên thông tin của các nút láng giềng là lựa chọn tốt nhất trong số các phương án ở trên Với cơ chế này, mạng có thể mở rộng bằng cách giảm chi phí định tuyến

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu cơ chế định tuyến dựa trên hệ số kết nối với nút láng giềng DCFP trên cơ sở cải tiến cơ chế định tuyến dựa trên thông tin từ nút láng giềng của giao thức NCPR, trong đó xem xét đến tập xác định trước chứa các biến của tổng số nút với mục tiêu giảm chi phí định tuyến dẫn đến giảm độ trễ đầu cuối, gỉam xung đột MAC, giảm năng lượng tiêu thụ bởi các nút Đề tài cũng sẽ thực hiện việc đánh giá hiệu quả của giao thức DCFP so với giao thức NCPR và giao thức AODV trước khi được cải tiến bằng công cụ mô phỏng

Luận văn có bố cục như sau: Sau phần mở đầu là nội dung Chương 1 trình bày về tổng quan về mạng ad hoc di động và vấn đề kết nối trong giao thức định tuyến Cơ chế định tuyến dựa trên hệ số kết nối với nút láng giềng trong giao thức DCFP được trình bày trong Chương 2 Các kết quả của việc

mô phỏng và đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến DCFP so với giao thức NCPR và AODV được trình bày trong Chương 3 Cuối cùng là phần kết luận và hướng phát triển của luận văn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC DI ĐỘNG VÀ VẤN

ĐỀ KẾT NỐI TRONG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

1.1 Tổng quan về mạng ad hoc di động

1.1.1 Khái niệm mạng ad hoc di động

Mạng ad hoc di động [12] 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 một mạng ad hoc di động Trong ví dụ này, 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

Hình 1.1 Một minh họa của mạng ad hoc di động

Thuật ngữ “Ad hoc” áp dụng cho mạng không dây mô tả một mạng không có cơ sở hạ tầng cố định, trong đó hình trạng mạng được tạo thành bởi chính các nút mạng Chế độ “Ad hoc” của chuẩn IEEE 802.11 hoạt động theo

mô hình này, mặc dù nó chỉ hỗ trợ để thiết lập một mạng đơn chặng Các mạng di động không dây kiểu không cấu trúc (MANET) đã mở rộng khái niệm “Ad hoc” đa chặng theo nghĩa: một nút mạng có thể định tuyến và chuyển tiếp một gói tin nó nhận được từ một nút mạng khác Nói cách khác, con đường chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích có thể chứa các nút trung gian khác Các nút trung gian sẽ đọc thông tin trong phần header của các gói tin dữ liệu và chuyển tiếp chúng tới chặng kế tiếp trên một con đường

đã được hình thành

Các nút trong mạng ad hoc thông thường sẽ kết nối với nhau trong một khoảng thời gian để trao đổi thông tin Trong khi trao đổi thông tin, các nút này vẫn có thể di chuyển, do đó, mạng này phải đáp ứng được yêu cầu truyền

dữ liệu trong khi hình trạng mạng có thể thay đổi liên tục Các nút mạng phải

có cơ chế tự tổ chức thành một mạng để thiết lập các đường truyền dữ liệu mà không cần sự hỗ trợ từ bên ngoài Trong mô hình này, mỗi nút mạng có thể đóng vai trò là một nút đầu cuối để chạy các chương trình ứng dụng của người sử dụng hoặc là một bộ định tuyến để chuyển tiếp các gói tin cho các nút mạng khác

1.1.2 Đặc điểm của mạng ad hoc di động

Do ad hoc là một mạng không dây hoạt động không cần sự hỗ trợ của

hạ tầng mạng cơ sở trên cơ sở truyền thông đa chặng giữa các thiết bị di động vừa đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nên mạng ad hoc còn có một số đặc điểm nổi bật sau [5]:

 Cấu trúc động: Do tính chất di chuyển ngẫu nhiên của các nút mạng nên cấu trúc của loại mạng này cũng thường xuyên thay đổi một cách ngẫu nhiên ở những thời điểm không xác định trước Trong khi thay đổi, cấu

trúc của mạng ad hoc có thêm hoặc mất đi các kết nối hai chiều hoặc kết nối một chiều

 Chất lượng liên kết hạn chế: Các liên kết không dây thường có băng thông nhỏ hơn so với các liên kết có dây Ngoài ra, do ảnh hưởng của cơ chế đa truy cập, vấn đề suy giảm tín hiệu, nhiễu và các yếu tố khác, băng thông thực của các liên kết không dây thường thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết của môi trường truyền không dây

 Các nút mạng có tài nguyên hạn chế: Mỗi nút di động trong mạng ad hoc

có thể là một bộ cảm biến, một điện thoại thông minh hoặc một máy tính xách tay Thông thường các thiết bị này có tài nguyên hạn chế so với các máy tính trong mạng có dây và không dây truyền thống về tốc độ xử lý, dung lượng bộ nhớ và năng lượng nguồn pin nuôi sống hoạt động của nút

 Độ bảo mật thấp ở mức độ vật lý: Mạng không dây di động thường chịu tác động về mặt vật lý từ các nguồn gây nguy hại về an ninh nhiều hơn so với mạng có dây Về khía cạnh vật lý, các kỹ thuật gây mất an ninh và bảo mật trong mạng như nghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ thường

dễ triển khai trong mạng ad hoc hơn là trong mạng có dây truyền thống

Có thể thấy những đặc điểm này là các yếu tố ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu năng của mạng ad hoc Để có thể triển khai được mạng ad hoc trong thực

tế, các thiết kế mạng ad hoc phải giải quyết được những thách thức sinh ra do những đặc điểm đã nêu trên của mạng ad hoc Những thách thức này gồm các vấn đề kỹ thuật như khả năng truyền dữ liệu và định tuyến hiệu quả khi kích thước mạng thay đổi; đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các chương trình ứng dụng; cơ chế chuyển đổi một số dịch vụ từ mô hình client-server; tiết kiệm năng lượng pin để kéo dài thời gian hoạt động của các nút mạng riêng lẻ

và của toàn mạng; đảm bảo an ninh mạng; khả năng hợp tác giữa các nút mạng và khả năng tự tổ chức của mạng;

1.1.3 Ứng dụng của mạng ad hoc

Ngày nay, mạng ad hoc có nhiều những ứng dụng trong đời sống, kinh

tế, xã hội của con người Mô hình mạng này phù hợp đối với những tình huống cần triển khai hệ thống mạng một cách nhanh chóng, linh động và thường xuyên có sự biến đổi trong cấu trúc mạng Ngày nay, mạng ad hoc được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực từ các ứng dụng trong thương mại tới các ứng dụng trong các hoạt động quân sự, ứng dụng trong các hoạt động khẩn cấp, ứng dụng trong gia đình, văn phòng và giáo dục, mạng giao thông

và mạng cảm biến

Đối với các ứng dụng của mạng ad hoc trong thương mại, những người dùng có thể chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị di động trong một cuộc họp hay hội thảo mà không cần sự hỗ trợ của một cơ sở hạ tầng mạng cố định Các máy tính của những cá nhân có thể kết nối với nhau để tạo thành một mạng tạm thời phục vụ cho các ứng dụng truyền thông dữ liệu trong một nhóm những người dùng mà không cần sự hiện diện của các bộ thu phát tập trung Kết nối Internet từ một thiết bị của một người dùng cũng có thể được chia sẻ tới các thiết bị của những người dùng khác thông qua mạng ad hoc

Ứng dụng mạng ad hoc trông quân đội là một trong những ý tưởng được đưa ra ngay từ khi mạng ad hoc được phát triển Trong mô hình chiến đấu của quân đội trên chiến trường không có sự hỗ trợ về hạ tầng mạng cố định, mỗi người lính hoặc một phương tiện quân sự như xe tăng, máy bay, tàu chiến, tàu thủy đều có thể được kết nối và trao đổi thông tin tạm thời với nhau hoặc với trạm chỉ huy một cách linh động thông qua mạng ad hoc được hình

thành bởi kết nối giữa các thiết bị di động truyền thông không dây được gắn vào các phương tiện quân sự hay những người lính tham gia vào cuộc chiến

Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, có thể tất cả các phương tiện và hạ tầng truyền thông được xây dựng trước đó đều bị phá hủy hoàn toàn Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,… có thể được trang bị các thiết bị truyền nhận không dây để trở thành một thiết bị đầu cuối di động và là một phần của mạng ad hoc Mỗi nhân viên cứu hộ cũng có thể cũng mang theo một thiết bị đầu cuối di động Các thiết bị đầu cuối này đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng ad hoc tạm thời nhằm trao đổi thông tin Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và nhận thông tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin như vai trò như các bộ định tuyến

Mỗi thiết bị thông minh trong gia đình, các điên thoại di động thông minh và máy tính của những người sử dụng trong văn phòng, trong môi trường trường học, các lớp học có thể đóng vai trò như một nút mạng trong một mạng ad hoc được hình thành tạm thời mà không cần sự hỗ trợ của hạ tầng mạng cố định nhằm phục vụ cho các ứng dụng chia sẻ thông tin, truyền

dữ liệu multimedia, quản lý ngôi nhà thông minh, quản lý lớp học thông minh,…

Trong vấn đề quản lý và hỗ trợ giao thông, mỗi phương tiện giao thông

là một nút mạng di động trong mạng ad hoc được hình thành tạm thời trên một khu vực địa lý nhằm hỗ trợ trao đổi và quản lý các thông tin về tình trạng giao thông, hỗ trợ tìm đường tránh tắc nghẽn giao thông, theo dõi và quản lý các thiết bị tham gia giao thông, v.v

Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lượng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ Một mạng ad

hoc có thể là một mạng cảm biến gồm các nút cảm biến Các nút này hợp tác với nhau để cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như: giám sát môi trường (không khí, đất, nước), theo dõi môi trường sống, hành vi, dân số của các loài động, thực vật, dò tìm động chấn, theo dõi tài nguyên, thực hiện trinh thám trong quân đội,

1.2 Giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc di động

1.2.1 Yêu cầu đối với giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc di động

Mạng ad hoc di động có những khác biệt lớn với mạng truyền thống về tài nguyên hạn chế tại các nút mạng, băng thông hạn chế, tỷ lệ lỗi cao, topo mạng thay đổi liên tục Do đó, các giao thức định tuyến trong mạng ad hoc di động cần đảm bảo được những yêu cầu sau [4]:

 Tối thiểu hóa tải điều khiển: Việc truyền và nhận các gói tin điều khiển đều tiêu tốn băng thông mạng, tài nguyên xử lý và năng lượng pin Giao thức định tuyến nào giảm được số lượng các gói tin điều khiển thì sẽ tiết kiệm được những tài nguyên này

 Tối thiểu hóa tải xử lý: Những thuật toán phức tạp yêu cầu tài nguyên CPU cao dẫn đến trễ xử lý lớn và tốn pin tại các nút mạng Giao thức định tuyến

có thuật toán đơn giản sẽ kéo dài được thời gian hoạt động của toàn mạng

 Hỗ trợ định tuyến đa chặng: Mỗi nút mạng không dây chỉ có khả năng truyền tín hiệu trong một phạm vi giới hạn nên để thực hiện việc truyền dữ liệu trong mạng, giao thức định tuyến phải có khả năng tìm được các đường đa chặng giữa các cặp nút nguồn – đích

 Đáp ứng được với sự thay đổi về topo mạng: Giao thức định tuyến phải có khả năng duy trì được các đường đã tìm được khi nút nguồn, nút đích hoặc các nút trung gian trên các đường đó di chuyển Các kết nối trong mạng ad

hoc cũng thường xuyên bị phá vỡ nên giao thức định tuyến phải có khả năng phản ứng nhanh với tải điều khiển nhỏ nhất

 Ngăn chặn định tuyến lặp: Vấn đề định tuyến lặp bởi việc một nút chọn chặng kế tiếp của đường là một nút trước đó đã xuất hiện Khi tồn tại đường lặp vòng, các gói dữ liệu sẽ bị chuyển tiếp liên tục trong vòng mà không đến được đích cho đến khi trường TTL của nó bằng không Hiện tượng này gây tốn băng thông và giảm hiệu năng mạng Vì vậy, giao thức định tuyến phải có khả năng tìm được các đường không lặp

1.2.2 Một số cơ chế định tuyến trong mạng ad hoc

 Định tuyến tìm đường trước và tìm đường theo yêu cầu

Kiểu định tuyến tìm đường trước còn được gọi là “định tuyến kích hoạt trước” hay “định tuyến điều khiển dạng bảng” Đối với kiểu định tuyến này, các con đường tới mọi đích được tìm ra trước khi có nhu cầu truyền dữ liệu tại mọi nút mạng Trạng thái của các liên kết được lưu trữ và cập nhật định kỳ trong bảng định tuyến để phục vụ cho thuật toán tìm đường tại mỗi nút mạng

Ưu điểm của kỹ thuật định tuyến này là khi có yêu cầu truyền dữ liệu, con đường truyền dữ liệu đã sẵn sàng tại các nút mạng và do đó không có độ trễ từ khi có yêu cầu truyền dữ liệu tới lúc tìm ra con đường để truyền dữ liệu Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là tính toán và tìm ra những con đường tới mọi đích nên có thể có một số con đường sẽ không bao giờ được sử dụng và kỹ thuật quảng bá bảng định tuyến định kỳ sẽ chiếm dụng nhiều băng thông mạng khi trạng thái các liên kết và topo mạng thay đổi với tốc độ nhanh

Đối với các giao thức định tuyến tìm đường theo yêu cầu, chỉ khi có nhu cầu sử dụng đường truyền dữ liệu, các nút liên quan mới khởi tạo tiến trình tìm đường và trao đổi thông tin định tuyến Phương pháp này có ưu điểm là tiết kiệm băng thông mạng dành cho tải định tuyến nhưng cũng có

nhược điểm là quá trình tìm kiếm tuyến đường có thể gây ra một độ trễ truyền tin đáng kể

 Định tuyến cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện

Với các giao thức định tuyến trên cơ sở trạng thái liên kết (link state),

để đảm bảo thông tin về trạng thái của các liên kết và hình trạng mạng được cập nhật kịp thời, thông tin định tuyến cần được quảng bá tới các nút mạng Trên cơ sở cách thức quảng bá thông tin định tuyến, ta có thể phân loại các chiến lược định tuyến thành hai nhóm là định tuyến cập nhật định kỳ và định tuyến cập nhật theo sự kiện Chiến lược định tuyến theo chu kỳ sẽ duy trì độ

ổn định của mạng và quan trọng nhất là cho phép các nút mạng học được thông tin về hình trạng và trạng thái của toàn mạng Tuy nhiên, nếu sử dụng chu kỳ dài để cập nhật thông tin định tuyến, các nút mạng có thể chứa các thông tin định tuyến đã cũ và không chính xác Ngược lại, nếu chu kỳ cập nhật thông tin định tuyến là quá ngắn, sẽ có quá nhiều gói tin định tuyến được sinh ra và quảng bá trong mạng gây ra sự lãng phí về tài nguyên mạng

Đối với chiến lược định tuyến theo sự kiện, khi có một sự kiện diễn ra trong mạng, những nút mạng chịu tác động trực tiếp của các sự kiện này mới quảng bá các gói tin cập nhật thông tin định tuyến Vì vậy, thông tin về những thay đổi của trạng thái mạng sẽ nhanh chóng được cập nhật tới các nút mạng Tuy nhiên, khi topo mạng thay đổi với tốc độ nhanh, sẽ có rất nhiều các gói tin quảng bá cập nhật định tuyến được sinh ra làm lãng phí băng thông mạng

và biến động đối với các con đường truyền dữ liệu

 Định tuyến phẳng và định tuyến phân cấp

Trong định tuyến phẳng (Hình 1.2), mọi nút trong mạng đều có cùng cấp độ và chức năng định tuyến Chiến lược định tuyến này tương đối đơn giản và hiệu quả đối với các mạng nhỏ Các giao thức AODV, DSDV, DSR

là những giao thức điển hình sử dụng chiến lược định tuyến phẳng Đối với các mạng lớn, vấn đề gặp phải là lãng phí tài nguyên mạng dành cho việc xử

lý và truyền các gói tin quảng bá thông tin định tuyến Chiến lược định tuyến phân cấp được đề xuất nhằm giải quyết vấn đề này

Trong chiến lược định tuyến phân cấp (Hình 1.3), các nút mạng được tổ chức một cách link động thành các vùng Mỗi vùng lại có thể chia tiếp thành các vùng con theo kiểu cây phân cấp Cấu trúc phân cấp này nhằm duy trì tính

ổn định tương đối của hình trạng mạng Sự di chuyển của thay đổi trạng thái của một nút mạng chỉ tác động trong phạm vi của vùng quản lý nó Chỉ có thông tin điều khiển cấp cao mới được truyền giữa các vùng để giảm tải định tuyến trong mạng Mỗi nút mạng sẽ có thông tin đầy đủ về các nút mạng khác trong cùng vùng với nó bằng cách sử dụng kỹ thuật định tuyến tìm đường trước Nếu nút đích và nút nguồn của một yêu cầu truyền dữ liệu thuộc hai vùng khác nhau, kỹ thuật định tuyến liên vùng theo yêu cầu sẽ được sử dụng Định tuyến liên vùng thường hoạt động theo cơ chế định tuyến theo yêu cầu hoặc cơ chế kết hợp giữa định tuyến tìm đường trước và định tuyến theo yêu cầu Các giao thức tiêu biểu sử dụng chiến lược định tuyến phân cấp là HSR

và CGSR

Hình 1.2 Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phẳng

Hình 1.3 Đường truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến phân cấp

 Định tuyến với kỹ thuật tính toán tập trung và tính toán phân tán

Trong chiến lược định tuyến với kỹ thuật tính toán tập trung, mọi nút trong mạng sẽ duy trì thông tin đầy đủ về toàn bộ hình trạng mạng để có thể

tự thực hiện các thuật toán tìm đường khi cần thiết Các giao thức định tuyến

sử dụng chiến lược định tuyến này còn được gọi là các giao thức định tuyến kiểu trạng thái đường liên kết Giao thức OLSR là một giao thức định tuyến kiểu trạng thái đường liên kết tiêu biểu

Trong chiến lược định tuyến với kỹ thuật tính toán phân tán, mọi nút mạng chỉ duy trì thông tin cục bộ về hình trạng mạng Khi có nhu cầu tìm đường, nhiều nút mạng sẽ cùng tham gia vào tiến trình tìm đường Chiến lược định tuyến này còn được gọi là định tuyến kiểu véc tơ khoảng cách AODV

và DSDV là các giao thức định tuyến tiêu biểu sử dụng chiến lược định tuyến này

 Định tuyến nguồn và định tuyến từng chặng

Có một vài giao thức định tuyến đưa thông tin về toàn bộ con đường vào trong header của các gói tin dữ liệu để các nút trung gian có thể chuyển tiếp những gói tin này theo các thông tin định tuyến mà nó đọc được trong phần header Chiến lược định tuyến này được gọi là định tuyến nguồn Ưu

điểm của chiến lược định tuyến này là các nút trung gian không cần duy trì thông tin định tuyến cập nhật để tìm đường cho các gói tin chúng chuyển tiếp

vì chính trong các gói tin dữ liệu đã chứa thông tin phục vụ cho các quyết định định tuyến Tuy nhiên, chiến lược này lại có nhược điểm là làm tăng kích thước của các gói tin dữ liệu, đặc biệt với các con đường dài và các mạng

có kích thước lớn dẫn đến việc lãng phí băng thông của mạng ad hoc Giao thức DSR là một trong những giao thức định tuyến nguồn tiêu biểu Hình 1.4 minh họa cơ chế chuyển tiếp gói tin của giao thức định tuyến nguồn

Hình 1.4 Truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến nguồn

Trong chiến lược định tuyến từng chặng, con đường tới nút đích được phân bố trong các “chặng kế tiếp” của các nút thuộc con đường này Khi một nút nhận được một gói tin cần truyền tới một đích xác định, nó sẽ chuyển tiếp gói tin này tới chặng kế tiếp tương ứng trên con đường Vì mỗi nút mạng không có thông tin đầy đủ về toàn bộ các liên kết trong mạng nên thuật toán định tuyến phải đảm bảo không chọn các con đường gây ra định tuyến lặp Giao thức AODV là một trong những giao thức tiêu biểu sử dụng chiến lược định tuyến từng chặng Hình 1.5 minh họa kỹ thuật chuyển tiếp gói tin của giao thức hoạt động theo chiến lược định tuyến từng chặng

Hình 1.5 Truyền dữ liệu theo chiến lược định tuyến từng chặng

 Định tuyến đơn đường và định tuyến đa đường

Đối với các giao thức định tuyến đơn đường, chỉ có tối đa một con đường tối ưu theo độ đo định tuyến của chúng được cài đặt vào bảng định tuyến sau mỗi tiến trình tìm đường mặc dù chúng có thể nhận được thông tin

về nhiều con đường tới cùng một đích trong cùng một tiến trình tìm đường Tại mỗi nút mạng, các gói tin dữ liệu sẽ được chuyển tiếp theo con đường thích hợp có trong bảng định tuyến Khi một liên kết trên con đường đó bị lỗi, nút mạng này phải khởi tạo lại tiến trình tìm đường

Để tiết kiệm tài nguyên hệ thống mạng trong các tiến trình tìm đường, các giao thức định tuyến đa đường cho phép tìm và cài đặt nhiều hơn một con đường không giao nhau tới cùng một đích vào bảng định tuyến của chúng Tại một nút, khi có yêu cầu chuyển tiếp dữ liệu tới nút đích, con đường tốt nhất sẽ được sử dụng và những con đường còn lại sẽ đóng vai trò là đường dự phòng Khi đường chính bị lỗi, các đường dự phòng sẽ được sử dụng để chuyển tiếp các gói tin nếu chúng vẫn trong trạng thái còn hoạt động được Thêm vào đó, nếu cơ chế cân bằng tải được sử dụng, có thể phân lưu lượng dữ liệu cần truyền thành nhiều luồng được truyền song song trên các con đường tới cùng một đích

Trong số các phương pháp phân loại các chiến lược định tuyến đã được trình bày ở trên, phương pháp phân loại theo tiêu chí thời điểm định tuyến bao gồm hai chiến lược là định tuyến tìm đường trước và định tuyến tìm đường

theo yêu cầu được sử dụng rất rộng rãi Với các giao thức sử dụng chiến lược định tuyến tìm đường trước kết hợp với cơ chế điều khiển dạng bảng, đường truyền dữ liệu giữa mọi cặp nút nguồn, đích trong mạng sẽ được khám phá trước khi có yêu cầu truyền dữ liệu Tuy nhiên, do sự thay đổi ngẫu nhiên với tần suất lớn của các nút mạng trong mạng ad hoc nên chiến lược định tuyến này chỉ phù hợp với các mô hình mạng ad hoc tương đối tĩnh, sự thay đổi về topo mạng diễn ra không nhiều Thêm vào đó, việc khám phá tất cả các đường

đi giữa các cặp nút nguồn-đích bất kỳ trong mạng là không cần thiết và lãng phí vì có những con đường sẽ không được sử dụng Vì vậy, luận văn này chỉ tập trung vào các nghiên cứu đối với các giao thức định tuyến sử dụng chiến lược định tuyến theo yêu cầu

1.3 Một số cải tiến cơ chế chuyển tiếp gói tin điều khiển định tuyến

Đối với mỗi giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc di động, kỹ thuật truyền quảng bá hay tràn ngập các gói tin điều khiển của giao thức là một kỹ thuật phải áp dụng trong các giai đoạn khám phá tuyến đường Tuy nhiên, kỹ thuật này được coi là nguyên nhân chính làm giảm hiệu năng mạng Một số nghiên cứu đã thực hiện và công bố đề xuất những kỹ thuật để giải quyết vấn đề nói trên Có thể phân loại các đề xuất này thành những nhóm sau [3]:

• Chuyển tiếp dựa trên mật độ: có hai loại mật độ chính là mật độ cấp

độ nút và mật độ cấp độ mạng Quyết định chuyển tiếp được thực hiện dựa trên số lượng nút láng giềng đối với cơ chế định tuyến theo mật độ cấp độ nút

Ở cấp độ mạng, quyết định chuyển tiếp của giao thức định tuyến dựa trên tổng số nút trong toàn mạng Với cơ chế định tuyến theo mật độ, cơ hội chuyển tiếp các gói RREQ sẽ giảm xuống khi số lượng hàng xóm hoặc nút tăng lên

• Chuyển tiếp dựa trên tốc độ: Tốc độ của nút là số liệu chính được sử dụng trong quyết định chuyển tiếp

• Chuyển tiếp dựa trên khoảng cách: Quyết định chuyển tiếp tại bất kỳ nút mạng nào được thực hiện dựa trên khoảng cách tới các nút lân cận Nút càng xa nút nguồn nhận được càng ít gói RREQ giống nhau càng tốt

• Chuyển tiếp dựa trên bộ đếm: một bộ đếm mới (C) được khởi tạo để ghi lại tổng số gói RREQ giống nhau mà nút nhận được cho mỗi gói quảng bá trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên Sau đó, C được so sánh với giá trị ngưỡng được xác định trước Nếu C đạt đến hoặc vượt quá giá trị ngưỡng, thì giá trị xác suất chuyển tiếp của gói tin đó bằng 0 Ngược lại, giá trị của nó xấp

xỉ bằng 1 Do đó, khi giá trị của bộ đếm C tăng lên, giá trị xác suất chuyển tiếp gói tin điều khiển sẽ giảm xuống

• Chuyển tiếp tự cắt tỉa: trong các cách tiếp cận này, quyết định chuyển tiếp gói tin điều khiển được đưa ra dựa trên các nút láng giềng đã được phát hiện [6] Các gói RREQ phải đính kèm một danh sách các nút láng giềng đã nhận được gói RREQ để loại trừ chúng trong lần quảng bá tiếp theo

• Chuyển tiếp dựa trên năng lượng: mỗi nút mạng ra quyết định chuyển tiếp gói tin điều khiển dựa trên năng lượng còn lại của các nút mạng trên cơ

sở nút còn nhiều năng lượng hơn có thể chuyển tiếp nhiều hơn các gói RREQ nhằm kéo dài tuổi thọ mạng

• Chuyển tiếp dựa trên cơ chế kết hợp: Kết hợp nhiều cơ chế với nhau chẳng hạn như giữa cơ chế theo mật độ và cơ chế tự cắt tỉa để đạt được hiệu năng tốt hơn

Một số nghiên cứu đã đề xuất theo phương pháp định tuyến dựa trên đối chiếu [2, 9, 10] Mặc dù các giao thức được đề xuất này đã giảm đáng kể chi phí định tuyến để nâng cao hiệu suất mạng, nhưng việc sử dụng các lược đồ

dựa trên bộ đếm sẽ làm tăng độ trễ đầu cuối do thời gian chờ ngẫu nhiên gây

ra

Một nhóm cơ chế định tuyến dựa trên vị trí đã đƣợc đề xuất trong [11]

và [12] Trong đó, gói RREQ đƣợc quảng bá dựa trên các vị trí nút bằng cách

sử dụng GPS Kết quả là, nhiều nút bị loại khỏi vùng quảng bá, do đó sẽ nâng cao hiệu suất mạng Tuy nhiên, việc sử dụng công cụ GPS có thể làm giảm thời gian hoạt động của mạng vì công cụ này có thể tiêu thụ năng lƣợng của nút trong thời gian ngắn

Giao thức DPR trong [8] là một giao thức định tuyến xác suất động đƣợc phát triển để giảm thiểu chi phí định tuyến của RREQ dựa trên hai tham số: tổng vùng phủ sóng và phạm vi truyền tín hiệu Các tác giả đã đã đề xuất một công thức mới dựa trên các tham số này để tính số lân cận trung bình cho nút nhận Tuy nhiên, các nút nằm ở ranh giới của khu vực mô phỏng sẽ không đƣợc xem xét tới Do đó, sẽ có 4 vùng phủ sóng quảng bá đối với các nút này

Gần đây, giao thức NCPR [14] đã đƣợc đề xuất để giảm thiểu vấn đề chi phí định tuyến do các gói dƣ thừa RREQ gây ra Giao thức này quản lý để giảm số lƣợng các gói tin đó dựa trên sơ đồ tự xử lý, dựa trên tổng số nút trong toàn mạng Tuy nhiên, tham số này không đủ tin cậy khi mạng bị nghẽn Về cơ bản, do sự đa dạng trong triển khai nút, không công bằng khi sử dụng cùng một tham số cho tất cả các nút trong mạng Một thách thức quan trọng khác của NCPR là sự suy giảm hiệu suất do chi phí định tuyến từ RREQ

và có quá nhiều gói tin HELLO Do đó, có thể cải tiến tối ƣu giao thức NCPR

để đạt đƣợc hiệu năng mạng cao hơn Giao thức DCFP [3] là giao thức đƣợc phát triển trên cơ sở cải tiến và tối ƣu giao thức NCPR

1.5 Tổng kết Chương 1

Mạng ad hoc di động có những khác biệt rõ ràng so với mạng không dây truyền thống thể hiện ở cấu trúc động, chất lượng liên kết và năng lượng pin của các nút mạng hạn chế, độ bảo mật không cao về mặt vật lý Mạng ad hoc đã có nhiều ứng dụng trong đời sống, kinh tế, xã hội của con người

Do các tính chất khác biệt của mạng ad hoc so với mạng truyền thống,

có nhiều thách thức cần được giải quyết từ các nhà nghiên cứu và triển khai công nghệ mạng này Để góp phần giải quyết những vấn đề là thách thức của mạng ad hoc, giao thức định tuyến sử dụng trong mạng này cần đảm bảo được yêu cầu tối thiếu hoá tải điều khiển và tải xử lý, hỗ trợ định tuyến đa chặng, đáp ứng những thay đổi về topo mạng và ngăn chặn định tuyến lặp

Các giao thức định tuyến có thể sử dụng một trong nhiều chiến lược định tuyến khác nhau Các chiến lược định tuyến đối lập nhau được phân chia theo các tiêu chí khác nhau bao gồm: định tuyến tìm đường trước và tìm đường theo yêu cầu, định tuyến cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện, định tuyến phẳng và định tuyến phân cấp, định tuyến nguồn và định tuyến từng chặng, định tuyến tập trung và định tuyến phân tán, định tuyến đơn đường và định tuyến đa đường

Các giao thức sử dụng chiến lược định tuyến tìm đường trước kết hợp với cơ chế điều khiển dạng bảng, đường truyền dữ liệu giữa mọi cặp nút nguồn, đích trong mạng sẽ được khám phá trước khi có yêu cầu truyền dữ liệu Tuy nhiên, chiến lược định tuyến này chỉ phù hợp với các mô hình mạng

ad hoc tương đối tĩnh Ngoài ra, việc khám phá tất cả các đường giữa các cặp nút nguồn-đích trong mạng là không cần thiết và lãng phí vì có những con đường sẽ không được sử dụng

Trong quá trình khám phá đường, các giao thức định tuyến trong mạng

ad học di động bắt buộc phải sử dụng cơ chế truyền gói tin RREQ kiểu quảng

bá Cơ chế này làm suy giảm hiệu năng mạng khi mỗi nút trung gian nhập được nhiều gói tin RREQ giống nhau (gói tin dư thừa) xuất phát từ cùng một nguồn Đã có nhiều nghiên cứu trong thời gian qua để cải tiến cơ chế chuyển tiếp gói tin điều khiển định tuyến RREQ nhằm nâng cao hiệu năng định tuyến Giao thức DCFP là giao thức được phát triển trên cơ sở cải tiến và tối

ưu giao thức NCPR Nội dung chi tiết của nghiên cứu về cơ chế định tuyến dựa trên hệ số kết nối nút láng giềng DCFP sẽ được trình bày chi tiết trong Chương 2

CHƯƠNG 2 CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN HỆ SỐ KẾT NỐI

VỚI NÚT LÁNG GIỀNG TRONG GIAO THỨC DCFP

2.1 Hoạt động của giao thức DCFP

DCFP [3] là một giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc di động, được phát triển từ giao thức NCPR [14] trên cơ sở thay thế tham số tổng số nút mạng bằng tham số hệ số kết nối Đồng thời, nó làm giảm chi phí định tuyến bằng cách loại bỏ các gói RREQ bổ sung bằng cách sử dụng một tham

số kết nối động Về cơ bản, cơ chế hoạt động của các giao thức AODV [13], NCPR và DCFP bao gồm ba tiến trình chính là yêu cầu tìm đường, trả lời tìm đường và duy trì đường, được minh họa trong Hình 2.1

Hình 2.1 Ví dụ minh họa tiến trình hoạt động của DCFP

Trong cơ chế hoạt động này, khi một nút mạng có yêu cầu truyền dữ liệu tới một nút khác trong mạng, nó phải kiểm tra bảng định tuyến của mình để xem có tồn tại đường đi tới nút đích không Nếu có, nút nguồn sẽ gửi dữ liệu theo đường đi đã có; nếu không, nó sẽ khởi tạo gói RREQ để quảng bá yêu cầu tìm đường đến nút đích Thông thường, cách duy nhất để tìm ra các nút biết đường đến nút đích (có đường tới nút đích trong bảng định tuyến) là sử dụng kỹ thuật truyền quảng bá tràn ngập toàn mạng, trong đó RREQ được

phát lại tại mỗi nút nhận RREQ lần đầu Sau đó, nút đích hoặc bất kỳ nút nào

có đường đến nút đích sẽ trả lời bằng thông báo gói tin trả lời đường RREP Tuy nhiên, do các nút trong mạng ad hoc di động có thể thường xuyên di chuyển, các liên kết có thể bị đứt và nút phát hiện ra sự kiện liên kết bị lỗi sẽ truyền gói tin thông báo lỗi đường RERR cho các nút láng giềng để báo về sự kiện này

Giao thức DCFP chỉ tập trung cải tiến cơ chế truyền quảng bá tràn ngập

ở tiến trình đầu tiên (khám phá đường) bằng cách giảm các gói RREQ dư thừa Các gói tin này có liên quan với cơ chế quảng bá tràn ngập, chẳng hạn như trong giao thức AODV và giao thức CCPR, một số gói RREQ bổ sung vẫn làm phát sinh sự kiện bão quảng bá gói RREQ trên mạng (vì NCPR được phát triển trên AODV) Nếu có thể giảm số lượng các gói này và thay thế các tham số xác định trước, hiệu năng của hệ thống mạng sẽ được cải thiện Các giao thức được đề xuất gần đây đều có nhược điểm như đã đề cập trong mục 1.3 Cụ thể hơn, giao thức NCPR không có cơ chế thiết lập động giá trị các tham số xác định trước Ngoài ra, chi phí định tuyến bổ sung sẽ làm giảm hiệu năng mạng Do đó, một giao thức giao thức DCFP sẽ tập trung giải quyết những vấn đề này trong tiến trình khám phá đường

2.2 Các tham số của giao thức DCFP

Chi phí định tuyến tổng được coi là vấn đề chính đối với nhiều giao thức định tuyến, chẳng hạn như AODV và NCPR, trong đó bao gồm chi phí khám phá đường và chi phí bảo trì đường, được tính theo Công thức (2.1)

(2.1) Trong đó, RO aggregated , RO discovery và RO maintenance tương ứng là chi phí định tuyến tổng, chi phí khám phá đường và chi phí bảo trì đường

Giao thức DCFP chỉ xem xét đến chi phí định tuyến khám phá đường, trong đó chi phí chính là chi phí truyền gói RREQ, được biểu diễn trong Công thức (2.2)

Vì gói trả lời đường RREP được truyền theo một đường duy nhất nên chi phí truyền gói này là không đáng kể Do đó, giao thức DCFP không xem xét

tới giá trị RO RREP

Gọi T RO-RREQ là tổng chi phí gửi tất cả các gói RREQ trong toàn mạng cho tất cả các nút đang tìm đường để gửi dữ liệu trong một thời điểm cụ thể

(t) Giá trị của T RO-RREQ được tính theo Công thức (2.3)

trong đó (P i ) là gói RREQ thứ i được sinh ra từ nút nguồn, n là tổng số

gói RREQ được sinh ra từ các nút nguồn

Giao thức DCFP sử dụng một hệ số kết nối cho mỗi gói RREQ P i trên cơ

sở công thức tính DCF(P i ) cho mỗi gói RREQ nhận được Hệ số này này ảnh

hưởng trực tiếp đến quyết định chuyển tiếp gói tin RREQ đã nhận Hệ số DCF được ước lượng để thay thế cho tham số xác định trước (tổng số nút) trong giao thức NCPR Ý tưởng xác định giá trị DCF là trên cơ sở số lượng nút láng giềng trung bình trên một mạng nhất định Nói cách khác, số lượng nút láng giềng trung bình đóng một vai trò quan trọng trong quyết định chuyển tiếp hay loại bỏ các gói RREQ

Về cơ bản, công thức tính DCF được tính từ việc thử nghiệm trên 30 kịch bản cho mỗi điểm (số lượng hàng xóm trung bình trên trục y), với số lượng nút láng giềng của các nút thay đổi từ 50 đến 300 Nghiên cứu trong [3]

đã tính tổng số hàng xóm cho tất cả các nút trong mạng và tính số lượng nút