Nghiên cứu cải tiến hiệu năng giao thức định tuyến AODV và AOMDV trong mạng MANET (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ …… ….***………… ĐỖ ĐÌNH CƯỜNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV VÀ AOMDV TRONG MẠNG MANET Chuyên ngành: Cơ sở toán học cho tin học Mã số: 62 46 01 10 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC Hà Nội – 2017 Công trình hoàn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Văn Tam Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS Nguyễn Gia Hiểu Phản biện 1: PGS TS Lương Thế Dũng Phản biện 2: PGS TS Ngô Quỳnh Thu Phản biện 3: TS Nguyễn Hoài Sơn Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Sự khác biệt tính chất, đặc điểm mạng MANET so với mạng truyền thống làm nảy sinh nhiều thách thức hướng nghiên cứu khác Trong hướng nghiên cứu này, vấn đề định tuyến vấn đề cần quan tâm giải Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu đề xuất nhằm cải tiến giao thức định tuyến cho mạng MANET theo nhiều hướng khác Tuy nhiên, đề xuất cải tiến áp dụng cho giao thức định tuyến nhóm giao thức có chung chiến lược định tuyến định Các đánh giá hiệu giao thức cải tiến thường giới hạn điều kiện cụ thể Vì vậy, ngữ cảnh triển khai mạng MANET với yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến sử dụng giao thức định tuyến cách phù hợp Đối với giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách sử dụng thuật toán tìm đường ngắn theo số chặng, Các nghiên cứu công bố tác giả Anurag K (2004), Bertsekas D (1996), Pham P (2003) Tsirigos A (2001) thuật toán thuật toán tìm đường tối ưu cho mạng MANET chúng gây tượng phân phối tải lưu lượng không mạng dẫn đến vùng tắc nghẽn cục Vì vậy, cần cải tiến chế tìm đường giao thức định tuyến nhằm giảm tắc nghẽn gây tập trung lưu lượng vùng trung tâm mạng AODV giao thức định tuyến tiêu biểu sử dụng chiến lược định tuyến theo yêu cầu dạng vec tơ khoảng cách Đã có nhiều đề xuất cải tiến giao thức AODV Trong số đề xuất cải tiến này, có nhiều đề xuất sử dụng phương pháp khai thác thông tin định tuyến xuyên tầng để xây dựng chế định tuyến với độ đo định tuyến thay cho độ đo số chặng giao thức AODV không hướng tới mục tiêu giảm tắc nghẽn gây thuật toán tìm đường ngắn theo số chặng Đối với vấn đề định tuyến QoS, giao thức định tuyến phải có khả chọn đường phù hợp với yêu cầu QoS liệu Tại nút mạng, luồng liệu có yêu cầu QoS khác truyền theo đường khác Các giao thức định tuyến đa đường lựa chọn thích hợp để tích hợp chế định tuyến QoS AOMDV giao thức định tuyến đa đường điển hình mạng MANET Trong thời gian qua, có nhiều đề xuất cải tiến giao thức Tuy nhiên, vấn đề định tuyến theo yêu cầu QoS lớp chương trình ứng dụng phân loại theo chuẩn ITU-T G.1010 chưa giải Với lý phân tích trên, luận án tập trung vào giải vào hai vấn đề chính: 1) Cải tiến giao thức định tuyến AODV nhằm nâng cao hiệu mạng MANET có vùng tắc nghẽn; 2) Cải tiến giao thức định tuyến AOMDV nhằm hỗ trợ khả định tuyến QoS cho mạng MANET Đối tượng, phạm vi mục tiêu nghiên cứu Luận án lựa chọn giao thức định tuyến mạng MANET đối tượng nghiên cứu với phạm vi nghiên cứu giới hạn phạm vi xây dựng độ đo định tuyến thích hợp cải tiến chế định tuyến theo hướng tiếp cận xuyên tầng giao thức định tuyến AODV AOMDV nhằm đảm bảo mục tiêu nghiên cứu tăng cường hiệu cho giao thức định tuyến AODV mạng MANET có vùng tắc nghẽn cung cấp khả định tuyến theo chất lượng dịch vụ cho giao thức AOMDV mạng MANET Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án phương pháp kết hợp nghiên cứu lý thuyết thử nghiệm để đánh giá kết Trên sở phân tích, đánh giá hoạt động số giao thức định tuyến, luận án rút điểm cần cải tiến Sau đó, sử dụng toán học làm công cụ để ước lượng tính tham số cần thiết cho thuật toán định tuyến đề xuất Luận án sử dụng phương pháp thử nghiệm mô để so sánh, đánh giá kết hiệu giao thức cải tiến Nội dung nghiên cứu kết cần đạt Luận án tập trung vào ba nội dung sau: 1) Nghiên cứu, phân tích đánh giá hoạt động giao thức định tuyến AODV AOMDV để tìm điểm cần cải tiến; 2) Cải tiến giao thức AODV để nâng cao hiệu mạng MANET có vùng tắc nghẽn; 3) Cải tiến giao thức AOMDV nhằm đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ ứng dụng mạng MANET Các kết cần đạt luận án gồm: 1) Đưa yêu cầu cần cải tiến giao thức AODV mạng có tắc nghẽn giao thức AOMDV mạng có yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ; 2) Ước lượng chất lượng liên kết tầng MAC theo hai thông số tỷ lệ gói tin độ trễ; 3) Xây dựng độ đo định tuyến theo độ trễ đầu cuối với giao thức AODV hàm lượng giá đường theo yêu cầu QoS với giao thức AOMDV; 4) Xây dựng mô hình thuật toán định tuyến theo cách tiếp cận xuyên tầng cho hai giao thức; 5) Kiểm nghiệm, đánh giá kết cải tiến phần mềm mô NS2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Các đề xuất cải tiến giao thức định tuyến AODV AOMDV có ý nghĩa khoa học hướng nghiên cứu vấn đề định tuyến mạng MANET Với kết đạt việc nâng cao hiệu định tuyến, đề xuất sử dụng nghiên cứu để cải tiến giao thức định tuyến khác mạng MANET Về mặt thực tiễn, kết luận án sử dụng triển khai giao thức định tuyến cho mạng MANET có tần suất tắc nghẽn cao cần đảm bảo tính hỗ trợ yêu cầu QoS từ chương trình ứng dụng Bố cục luận án Luận án bố cục thành chương Chương trình bày tổng quan mạng MANET Trong đó, tập trung vào trình bày chế hoạt động hai giao thức AODV, AOMDV nghiên cứu cải tiến đề xuất hai giao thức Thông qua lập luận, phân tích để rút vấn đề trọng tâm cần cải tiến hai giao thức, xây dựng luận điểm làm sở cho nghiên cứu toán học thử nghiệm chương Chương đề xuất ý tưởng cải tiến giao thức AODV trình bày vấn đề: phương pháp ước lượng độ trễ liên kết sở nguyên lý hoạt động công nghệ IEEE 802.11; đề xuất cải tiến giao thức AODV theo mô hình hoạt động định tuyến xuyên tầng với hoạt động chi tiết mô đun đo mức độ sử dụng kênh truyền, mô đun ước lượng tỷ lệ lỗi frame liên kết mô đun định tuyến xuyên tầng; kiểm nghiệm đánh giá kết cải tiến đề xuất sở mô so sánh hiệu hai giao thức AODV-DM AODV phần mềm NS2 Chương trình bày ý tưởng cải tiến cho giao thức AOMDV, đề xuất phương pháp phân lớp ứng dụng theo yêu cầu QoS chuẩn ITU-T G1010 phương pháp tính trọng số cho tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ, đề xuất kỹ thuật dự đoán chất lượng liên kết tầng MAC theo hai tham số trễ tỷ lệ gói, đề xuất cải tiến giao thức AOMDV theo hướng khai thác thông tin định tuyến xuyên tầng yêu cầu QoS, kiểm nghiệm đánh giá kết cải tiến đề xuất NS2 Cuối phần kết luận, tóm tắt đóng góp chính, hướng nghiên cứu phát triển luận án vấn đề tác giả quan tâm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET VÀ VẤN ĐỀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET Mạng MANET có khác biệt rõ ràng so với mạng không dây truyền thống có nhiều ứng dụng đời sống, kinh tế, xã hội người Giao thức định tuyến mạng MANET cần đảm bảo yêu cầu tối thiếu hoá tải điều khiển tải xử lý, hỗ trợ định tuyến đa chặng, đáp ứng thay đổi topo mạng ngăn chặn định tuyến lặp Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu đề xuất nhằm cải tiến giao thức định tuyến cho mạng MANET Mỗi đề xuất cải tiến áp dụng cho giao thức định tuyến nhóm giao thức có chung chiến lược định tuyến định Trong ngữ cảnh triển khai mạng MANET với yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến sử dụng giao thức định tuyến cách phù hợp AODV giao thức định tuyến theo yêu cầu Các luồng liệu định tuyến AODV có xu hướng qua tâm mạng Vì vậy, xảy tượng tắc nghẽn trung tâm mạng Đã có nhiều đề xuất cải tiến giao thức AODV Tuy nhiên, chưa có đề xuất để lấy thông tin độ trễ liên kết ước lượng theo khái niệm “thời gian phục vụ” CSMA/CA theo cách tiếp cận xuyên tầng làm sở cho chế định tuyến hướng tới mục tiêu giảm tắc nghẽn mạng MANET AOMDV giao thức định tuyến đa đường phát triển từ giao thức AODV Đã có đề xuất cải tiến giao thức AOMDV theo cách tiếp cận xuyên tầng nhằm hỗ trợ yêu cầu QoS liệu Tuy nhiên, cải tiến này, việc phân lớp lưu lượng liệu tầng Ứng dụng theo yêu cầu QoS chuẩn ITU-T G.1010 chưa thực Điều dẫn đến mức độ hỗ trợ thuật toán định tuyến theo yêu cầu QoS chưa thực hiệu Với lý trên, nội dung nghiên cứu luận án xác định là: (1) Cải tiến giao thức định tuyến AODV nhằm nâng cao hiệu mạng MANET có vùng tắc nghẽn (2) Cải tiến giao thức định tuyến AOMDV nhằm hỗ trợ chế định tuyến theo chất lượng dịch vụ cho mạng MANET Một phần nội dung chương công bố công trình [A1] CHƯƠNG CẢI TIẾN GIAO THỨC AODV NHẰM GIẢM TẮC NGHẼN TRONG MẠNG MANET 2.1 Đề xuất ý tưởng cải tiến cho giao thức AODV Để xác định độ trễ đường đầu cuối, kỹ thuật ước lượng trễ dịch vụ liên kết sở nguyên lý hoạt động chế DCF tầng MAC sử dụng công nghệ IEEE 802.11 đề xuất Giá trị trễ truyền ngược lên tầng Mạng để tính trễ đầu-cuối đường tìm Giao thức AODV-DM cải tiến từ giao thức AODV sử dụng độ đo định tuyến trễ đầu-cuối đường nhằm tìm đường tránh khỏi vùng mạng bị tắc nghẽn 2.2 Phương pháp ước lượng trễ liên kết Thời gian trễ để truyền thành công frame qua liên kết thời gian phục vụ nút nguồn liên kết nút muốn truyền frame qua liên kết Nó định nghĩa thời gian cần thiết để truyền thành công frame huỷ bỏ frame số lần truyền lại vượt ngưỡng cho phép tầng MAC hoạt động theo chế DCF Gọi Ts, Td, Tb, Tt tương ứng thời gian phục vụ, thời gian tạm dừng, thời gian back-off thời gian truyền tiến trình truyền frame qua liên kết, giá trị Ts xác định theo (4) !" = !$ + !& + !' (4) Thời gian truyền ước lượng theo (10); !' = +," )" !ℎ./0 (10) Trong đó, Thrue thông lượng hiệu dụng liên kết Awerbuch (2006) công bố kết tính giá trị cho tốc độ hoạt động công nghệ IEEE tầng MAC theo Bảng 2.1 Bảng 2.1 Thông lượng hiệu dụng liên kết 802.11b Tốc độ hoạt động liên kết (Mbps) 1.0 2.0 5.5 11.0 Thông lượng hiệu dụng (Mbps) Không Có RTS/CTS RTS/CTS 0.89 0.94 1.64 1.8 3.52 4.34 5.17 7.15 Thời gian back-off ước lượng theo (13); 34567 !& = !"12' 2(1 − +" ) − 2+" −1 − +" − 1 − +" (13) với CWmin giá trị cửa sổ xung đột ban đầu, Fs xác suất truyền hỏng frame, n số trạng thái back-off Gọi CNU tỷ lệ sử dụng kênh truyền đo nút phát liên kết Mối quan hệ Td với Tb Tt biểu diễn (16) !$ = 3? = − @A ∙ @C (19) Trong đó, df dr tỷ lệ truyền gói thành công theo chiều Trong chu kỳ gửi n gói mẫu, nút thuộc liên kết nhận i j gói mẫu FER ước lượng theo (20); +>? = − (D/F) ∙ (G/F) (20) Giao thức AODV-DM sử dụng thêm gói FER_PROBE (Hình 2.7) để tính FER liên kết mang thông tin giá trị CNU liên kết đo tầng MAC từ nút gửi tới nút nhận liên kết Hình 2.7 Cấu trúc gói tin FER_PROBE Thuật toán 2.2 minh họa phương pháp sử dụng gói FER_PROBE để tính cập nhật giá trị FER, CNU thời gian phục vụ liên kết Thuật toán 2.2 Cập nhật trễ thời gian phục vụ liên kết Đầu vào: Chu kỳ gửi gói FER_PROBE Đầu ra: Thời gian phục vụ liên kết Hoạt động thuật toán: Bước 1: Gửi gói FER_PROBE thời gian > thời gian gửi gói + chu kỳ gửi gói Bước 1.1: Cập nhật chu kỳ ước lượng FER: WND_ID += Bước 1.2: Duyệt danh sách các entry bảng Neighbor Table Với entry, thêm phần tử vào trường links gói FER_PROBE (nb_ID = nb_ID entry; n_recv = r_last_recv entry) Bước 1.3: Thiết lập trường nNB FER_PROBE = số entry bảng Neighbor_Table nút Bước 1.4: Thiết lập trường CNU FER_PROBE = CNU nút gửi FER_PROBE Bước 1.5: Cập nhật thời gian gửi gói = Thời gian Bước 2: Nhận xử lý gói FER_PROBE Bước 2.1: Tìm entry bảng Neighbor Table có nb_ID = địa IP nút gửi gói FER_PROBE - Nếu không tìm thấy thêm entry vào bảng Neighbor Table với (Neighbor ID = địa IP nút gửi gói FER_PROBE; r_recv = 1; r_last_recv = 0; f_last_recv = 0; CNU = CNU gói FER_PROBE) Bước 2.2: So sánh WND_ID gói FER_PROBE WND_ID nút - Nếu WND_ID gói FER_PROBE > WND_ID nút cập nhật (WND_ID nút = WND_ID gói FER_PROBE; r_last_recv = r_recv; r_recv = 1) chuyển sang Bước - Cập nhật r_recv entry (r_recv + =1) - Cập nhật CNU entry = CNU gói FER_RPOBE - Tìm phần tử trường links FER_PROBE có nb_ID = địa nút Nếu tìm thấy cập nhật f_last_recv entry = n_recv phần tử tìm thấy Bước 3: Cập nhật giá trị FER service_time liên kết df = f_last_recv / fer_probe_wnd_size; 10 - Nếu tìm thấy tạo gói RREP (hop_count = hop_count entry + 1; RP_DELAY = PATH_DELAY + RQ_DELAY) hủy gói RREQ Bước 2.5: Tạo gói trả lời đường nút nút đích - Kiểm tra địa IP nút có hay không? - Nếu địa IP nút = tạo gói RREP để trả lời đường (hop_count = 0; RP_DELAY = 0) hủy gói RREQ Bước 2.6: Chuyển tiếp gói RREQ kiểu broadcast Bước 3: Nhận xử lý gói RREP Bước 3.1: Cập nhật giá trị RQ_DELAY hop_count gói RREP - Tìm entry Neighbor Table có địa = IP nút gửi gói RREP - Nếu không tìm thấy thêm entry vào bảng Neighbor Table với Neighbor ID = địa IP nút gửi/chuyển tiếp gói RREP LINK_DELAY = MAX_LINK_DELAY - Nếu tìm thấy đọc giá trị LINK_DELAY entry tìm - Cập nhật RP_DELAY = RP_DELAY + LINK_DELAY - Cập nhật hop_count = hop_count + Bước 3.2: Cập nhật đường thuận (forward path) - Tìm entry bảng định tuyến có địa đích = - Nếu không tìm thấy bổ sung entry (IP đích = ; hop count = hop count gói RREP; PATH_DELAY = RP_DELAY; next_hop = ) vào bảng định tuyến - Nếu tìm thấy cập nhật entry (next hop = ) điều kiện sau thoả mãn: (1) Số thứ tự đích gói RREP lớn số thứ tự đích entry; (2) Số thứ tự đích gói RREP số thứ tự đích entry, hop_count entry lớn hop_count gói RREP PATH_DELAY entry lớn RP_DELAY gói RREP Bước 3.3: Chuyển tiếp/ huỷ bỏ gói RREP - Nếu địa IP nút = huỷ bỏ gói RREP - Nếu địa IP nút khác tìm entry bảng định tuyến có địa đích chuyển tiếp gói RREP kiểu unicast tới nút có địa = next_hop entry tìm 2.4 Kiểm nghiệm đánh giá kết 2.4.1 Kịch mô * Kịch mô Kịch mô thứ minh họa Hình 2.8 Khoảng cách hàng cột nút 40 mét Công nghệ tầng MAC IEEE 802.11b, tốc độ truyền tối đa 11 Mbps, khoảng cách truyền liệu tối đa 50 mét khoảng cách cảm nhận kênh truyền 110 mét 11 Hình 2.8 Mô hình kịch mô Có hai luồng liệu CBR với cặp nút nguồn-đích 0-16 24-8 Tốc độ luồng liệu thay đổi từ 50kbps tới 100 kbps, 150 kbps, 200 kbps 250 kbps Bốn luồng CBR tâm sử dụng để mô luồng gây nhiễu Tốc độ luồng gây nhiễu thay đổi từ 0.1 Mpbs tới 0.2 Mpbs, 0.4 Mpbs, 0.6 Mbps, 0.8 Mpbs 1.0 Mpbs Từ nút 32 tới nút 55 di chuyển liên tục theo vòng với tốc độ di chuyển m/s tạo tiến trình tìm đường Thời gian mô 1000 giây Với tham số mô phỏng, NS2 chạy 10 lần với giá trị sinh số ngẫu nhiên khác cho giao thức cần đánh giá Kết tính trung bình 10 lần mô * Kịch mô Tô-pô mạng ban đầu khởi tạo với nút phân bố theo ma trận vuông có kích thước 12x12 (144 nút) Khoảng cách theo hàng cột hai nút liên tiếp 40 mét Thời gian mô 1000 giây Số lượng nút di chuyển, danh sách nút di chuyển thiết lập ngẫu nhiên khoảng từ tới 144 nút thời điểm bắt đầu di chuyển nút thiết lập ngẫu nhiên khoảng từ giây thứ 10 đến giây thứ 50 Tốc độ di chuyển nút danh sách nút di chuyển 10 m/s Với luồng liệu, nút nguồn đích thiết lập ngẫu nhiên tập nút tương ứng 0-71 72-143 Thời gian bắt đầu phát lưu lượng thiết lập ngẫu nhiên khoảng từ giây thứ đến giây thứ 108 Tốc độ luồng liệu thay đổi từ 10 kpbs tới 90 kbps Các độ đo đánh giá hiệu giao thức tính trung bình sở kết 10 lần chạy mô 2.4.2 Các kết đánh giá 2.4.2.1 Thông lượng trung bình Kết mô thông lượng trung bình đo nút đích Kịch Kịch biểu diễn tương ứng Hình 2.9 Hình 2.10 12 Hình 2.9 Thông lượng trung bình Hình 2.10 Thông lượng trung bình Kịch Kịch Với kịch có luồng gây nhiễu, giao thức AODV-DM đạt thông lượng lớn so với giao thức AODV hai tốc độ truyền luồng liệu Thông lượng trung bình giao thức AODV-DM cao so với giao thức AODV tốc độ luồng liệu 50 kbps 200 kbps tương ứng xấp xỉ 23% 28% Với kịch sử dụng mô hình mô ngẫu nhiên, giao thức AODV-DM đạt thông lượng trung bình lớn so với giao thức AODV 2.4.2.2 Tỷ lệ truyền gói thành công Kết mô tỷ lệ truyền gói tin thành công Kịch Kịch biểu diễn tương ứng Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.11 Tỷ lệ truyền gói thành Hình 2.12 Tỷ lệ truyền gói thành công Kịch công Kịch Với Kịch 1, tính trung bình, tỷ lệ truyền gói thành công giao thức AODV-DM đạt cao 28% so với giao thức AODV Với kịch sử dụng mô hình mô ngẫu nhiên, giao thức AODV-DM đạt tỷ lệ truyền gói thành công lớn so với giao thức AODV 2.4.2.3 Trễ truyền gói trung bình Kết mô trễ truyền gói tin trung bình Kịch Kịch biểu diễn tương ứng Hình 2.13 Hình 2.14 13 Hình 2.14 Trễ truyền gói trung Hình 2.13 Trễ truyền gói trung bình Kịch bình Kịch Với Kịch 1, sử dụng giao thức AODV-DM thay cho giao thức AODV, thời gian trễ truyền gói trung bình giảm xấp xỉ 16% 34% tương ứng với tốc độ luồng liệu 50 kbps 100kbps Với kịch sử dụng mô hình mô ngẫu nhiên, giao thức AODV-DM đạt trễ truyền gói tin trung bình nhỏ so với giao thức AODV 2.4.2.4 Tải định tuyến Kết mô tải định tuyến Kịch Kịch biểu diễn tương ứng Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.16 Tải định tuyến Hình 2.15 Tải định tuyến Kịch Kịch Với Kịch 1, độ giảm tải định tuyến trung bình sử dụng giao thức AODV-DM thay cho giao thức AODV xấp xỉ 58% 42% tương ứng với tốc độ liệu 100 kbps 150 kbps Với kịch sử dụng mô hình mô ngẫu nhiên luồng gây nhiễu, giao thức AODV-DM đạt tải định tuyến nhỏ so với giao thức AODV 14 2.5 Kết luận Chương Nội dung Chương đề xuất cải tiến giao thức AODV mạng MANET đa chặng có vùng tắc nghẽn sở cải tiến chế chọn đường giao thức AODV theo số chặng thành chế chọn đường theo trễ đầu-cuối Phương pháp khai thác thông tin định tuyến xuyên tầng để lấy thông tin độ trễ liên kết tầng MAC sử dụng làm sở để tính độ trễ đầu cuối đường tầng Mạng Độ trễ liên kết tầng MAC ước lượng theo mức độ sử dụng kênh truyền nút nguồn tỷ lệ lỗi frame liên kết Kỹ thuật đo giá trị mức độ sử dụng kênh truyền nút mạng ước lượng tỷ lệ lỗi liên kết đề xuất luận án Việc bổ sung, điều chỉnh cấu trúc gói tin, chế định tuyến giao thức AODV đề xuất giao thức có tên gọi AODV-DM Kết việc đánh giá hiệu cho thấy, giao thức AODV-DM đạt hiệu cao so với giao thức AODV thông lượng (cao xấp xỉ 24%), tỷ lệ truyền gói thành công (cao xấp xỉ 28%), độ trễ truyền gói trung bình (thấp xấp xỉ 20%) tải định tuyến (thấp xấp xỉ 50%) trường hợp mạng có vùng tắc nghẽn Với kịch mô ngẫu nhiên luồng gây nhiễu tạo vùng tắc nghẽn, kết mô cho thấy, độ chênh lệch giá trị đo hiệu giao thức AODV-DM so với giao thức AODV không đạt kịch giao thức AODV-DM có hiệu cao giao thức AODV độ đo hiệu đánh giá Mặc dù giao thức AODV cải tiến theo hướng chọn đường tránh khỏi vùng tắc nghẽn để hỗ trợ tốt cho lớp chương trình ứng dụng khác nhau, giao thức cần tiếp tục cải tiến để cung cấp khả định tuyến ưu tiên theo yêu cầu QoS từ tầng Ứng dụng Các kết chương công bố [A4] 15 CHƯƠNG CẢI TIẾN GIAO THỨC AOMDV NHẰM ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG MANET 3.1 Đề xuất ý tưởng cải tiến cho giao thức AOMDV Ý tưởng cải tiến giao thức AOMDV đề xuất xây dựng chế định tuyến động theo lớp chương trình ứng dụng có yêu cầu QoS khác sở xây dựng hàm lượng giá đường theo lớp lưu lượng QoS với thông số đầu vào bao gồm: ngưỡng chấp nhận tiêu chuẩn QoS, trọng số tiêu chuẩn QoS thông số chất lượng đường đầu cuối theo tiêu chuẩn QoS Với giá trị thông số chất lượng đường đầu cuối, giá trị hàm thay đổi theo lớp lưu lượng QoS cho phép ưu tiên chọn đường có thông số chất lượng phù hợp với yêu cầu QoS từ lớp lưu lượng tầng Ứng dụng 3.2 Xây dựng hàm lượng giá đường theo QoS 3.2.1 Phân lớp ứng dụng theo yêu cầu QoS Chuẩn ITU-T G.1010 sử dụng làm sở để phân lớp lưu lượng yêu cầu QoS Theo đó, ứng dụng chia thành lớp: Lớp 1: Các ứng dụng chấp nhận lỗi nhạy cảm với trễ liệu; Lớp 2: Các ứng dụng chấp nhận lỗi trễ liệu Lớp 3: Các ứng dụng cho phép có độ trễ không chấp nhận lỗi 3.2.2 Phương pháp định chọn đường Theo chuẩn ITU-T G.1010, ứng dụng phân loại theo yêu cầu QoS sở tiêu chuẩn QoS bao gồm: độ trễ (delay), độ biến thiên trễ (jitter), tỷ lệ gói (packet loss rate) tốc độ liệu (data rate) Bài toán đặt toán chọn đường đa tiêu chuẩn Trong số đường tìm được, đường đường tốt theo tiêu chuẩn QoS? Để giải toán này, phương pháp Tổng có trọng số (SAW – Simple Additive Weighting) Savitha K (2011) đề xuất sử dụng Gọi HIJ giá trị chuẩn hoá tiêu chuẩn x đường thứ k Giá trị chuẩn hoá xác định sau: KLM HIJ = KM KM KLM , Fế/ P Qà SDê/ Uℎ/ẩF SíUℎ UựU , Fế/ P Qà SDê/ Uℎ/ẩF SDê/ UựU (24) đó, HJ ngưỡng tiêu chuẩn QoS x lớp QoS thứ i HJ ngưỡng lớn với tiêu chuẩn tích cực ngưỡng nhỏ với tiêu chuẩn tiêu cực Các tiêu chuẩn tiêu cực bao gồm độ trễ, độ biến thiên trễ tỷ lệ gói Tiêu chuẩn tích cực băng thông lại Ma trận ngữ cảnh chuẩn hoá lớp QoS thứ i xác định sau: 16 HZ$ HZ[ HZ1 HZ& Y 4n = CR3= 0,049 0,623 0,226 1/4 Kết tính véc tơ trọng số lớp tổng hợp Bảng 3.6 Bảng 3.6 Trọng số tiêu chuẩn QoS theo lớp lưu lượng Tiêu chuẩn QoS Lớp Lớp Lớp Độ trễ (delay) 0,533 0,078 0,104 Độ xáo trộn gói (jitter) 0,317 0,202 0,048 Tỷ lệ gói (packet loss rate) 0,101 0,604 0,623 Tốc độ liệu (data rate) 0,049 0,116 0,226 3.3 Dự đoán chất lượng liên kết tầng MAC Để xây dựng hàm lượng giá cho độ đo định tuyến chế định tuyến phù hợp với yêu cầu QoS tầng Ứng dụng, cần ước lượng giá trị độ trễ tỷ lệ gói liên kết thành phần tầng MAC Phương pháp ước lượng trễ tỷ lệ gói liên kết trình bày Chương luận án 3.4 Cải tiến giao thức AOMDV 3.4.1 Xây dựng hàm lượng giá đường Giao thức định tuyến đa đường AOMDV lựa chọn để cải tiến thành giao thức QCLR sở xây dựng độ đo định tuyến phù hợp với yêu cầu QoS lớp lưu lượng thuộc tầng Ứng dụng 18 Công thức (29) sử dụng để tính tỷ lệ gói công thức (30) sử dụng để tính độ trễ đường đầu cuối ^C = − 1∈C(1 − +>?1 ) (29) ,C = 1∈C !p1 (30) Trong đó, Lr Dr tương ứng tỉ lệ gói độ trễ đường r, FERl TSl tương ứng là tỉ lệ gói trễ dịch vụ liên kết l thuộc đường r Trong tiêu chuẩn QoS chuẩn ITU-T G.1010, độ trễ có tầm quan trọng lớn lưu lượng liệu thuộc Lớp tỷ lệ gói có tầm ảnh hưởng lớn tới lưu lượng liệu thuộc Lớp Vì vậy, độ đo định tuyến giao thức QCLR xây dựng sở hàm lượng giá đường theo độ trễ tỷ lệ gói đường đầu cuối Hàm lượng giá đường RMV đề xuất theo (31); ?Y`6,C = 4,6 !,6 !^6 + 4^6 ,C ^C (31) Trong đó, ?Y`6,C giá trị đường r thuộc lớp QoS thứ i; ^C ,C tương ứng tỉ lệ gói độ trễ đường r; !^6 !,6 tương ứng ngưỡng tỉ lệ gói độ trễ lớp thứ i; 4,6 4^6 tương ứng trọng số độ trễ tỉ lệ gói lớp QoS thứ i 3.4.2 Đề xuất chế định tuyến cho giao thức QCLR Các điều chỉnh sau thực giao thức AOMDV cải tiến thành giao thức QCLR: (1)Bổ sung trường PKT_DELAY PKT_PLR vào gói RREQ RREP; (2) Bổ sung trường PATH_DELAY, PATH_PLR PATH_STABILITY vào đường bảng định tuyến; (3) Bổ sung hai trường: LINK_DELAY and LINK_PLR vào entry bảng láng giềng nút Hoạt động giao thức QCLR mô tả sau: - Khi nút nhận gói RREQ RREP, cập nhật lại giá trị trường PATH_DELAY PATH_PLR đường tương ứng theo (32) (33) )q!r_,>^qt = ^u^qt + )v!_,>^qt (32) )q!r_)^? = − (1 − ^u