Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)

Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa năng lượng trong mạng manet (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Phạm Văn Cƣờng PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN THEO THIẾT KẾ XUYÊN TẦNG NHẰM TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Phạm Văn Cƣờng PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN THEO THIẾT KẾ XUYÊN TẦNG NHẰM TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET Ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGUYỄN VĂN TAM Thái Nguyên - 2019 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu đề tài “Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa lượng cho mạng MANET” nhận đƣợc giúp đỡ, bảo nhiệt tình thầy, giáo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên để hoàn thành luận văn Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, Khoa Công nghệ thông tin, thầy giáo, cô giáo thuộc Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên tham gia quản lý, giảng dạy giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu Tôi xin bày tỏ biết ơn đặc biệt đến Thầy PGS TS Nguyễn Văn Tam ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ kiến thức, tài liệu phƣơng pháp để tơi hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, cổ vũ, khích lệ giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Mặc dù có nhiều cố gắng suốt trình thực đề tài, song có mặt hạn chế, thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp dẫn thầy giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2019 Học viên Phạm Văn Cƣờng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu mạng MANET 1.1.1 Định nghĩa đặc trƣng mạng MANET 1.1.2 Đặc điểm mạng MANET 1.1.3 Ứng dụng mạng MANET 1.2 Một số công nghệ mạng MANET 11 1.2.1 Các đặc tả IEEE 802.11 11 1.2.2 Công nghệ không dây Bluetooth 12 1.2.3 Mơ hình kiến trúc giao thức IEEE 802.11b 14 1.2.4 Mạng ad-hoc với IEEE 802.11b 16 1.2.6 Mạng ad-hoc Bluetooth 21 1.3 Định tuyến mạng MANET 23 1.3.1 Những yêu cầu giao thức định tuyến mạng MANET 23 1.3.2 Giao thức định tuyến AODV 24 1.4 Kết luận Chƣơng 33 CHƢƠNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET 36 2.1 Tổng quan thiết kế xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa lƣợng 36 2.2 Phƣơng pháp tối ƣu hóa lƣợng sở cƣờng độ tín hiệu nhận 38 2.2.1 Cơ chế hội thoại lƣợng 39 2.2.2 Loại bỏ liên kết chiều 41 2.2.3 Khám phá đƣờng tin cậy 44 2.3 Phƣơng pháp định tuyến tiết kiệm lƣợng cho mạng cảm biến 46 2.3.1 Khởi tạo mạng 47 2.3.2 Đăng ký mạng 52 2.3.3 Độ đo giá đƣờng 53 2.3.4 Quá trình hoạt động 55 2.4 Phƣơng pháp định tuyến sở nhận biết chất lƣợng liên kết 55 2.4.1 Thuật toán chuyển tiếp RREQ 56 2.4.2 Định tuyến đầu cuối có nhận biết chất lƣợng liên kết 59 2.5 Tổng kết chƣơng 62 CHƢƠNG THIẾT KẾ XUYÊN TẦNG NHẰM TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET 64 3.1 Kiến trúc xuyên tầng giao thức CLPC 64 3.2 Điều khiển động lƣợng truyền 66 3.2 Tiến trình tìm đƣờng 68 3.3 Tiến trình tìm lại đƣờng 71 3.4 Phân tích đánh giá hiệu giao thức CLPC 73 3.4.1 Các độ đo hiệu 73 3.4.2 Cấu hình mơ 73 3.4.3 Phân tích hiệu theo tốc độ di chuyển nút mạng 74 3.4.4 Phân tích hiệu theo kích cỡ mạng 80 3.5 Kết luận Chƣơng 84 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 MỞ ĐẦU Mặc dù ý tƣởng nghiên cứu mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) có từ năm 70 kỷ XX nghiên cứu công nghệ Mobile Packet Radio, nhiều vấn đề mạng MANET dành đƣợc quan tâm cộng đồng nghiên cứu nhƣ: tốn định tuyến, tối ƣu hóa tầng vật lý tầng MAC, khả tự cấu hình, vấn đề an ninh, ứng dụng dịch vụ cho mạng ad hoc kiến trúc chúng … Một mạng MANET làm việc nguyên lý quảng bá theo chặng từ nút nguồn tới nút láng giềng nằm phạm vi truyền thơng Các vấn đề liên quan tới lƣợng truyền thông vấn đề phổ biến ảnh hƣởng tới chức mạng không dây phi cấu trúc Nó liên quan tới tồn tầng ngăn xếp giao thức, từ tầng vật lý tới tầng chuyển vận làm phát sinh ba vấn đề chính: độ trễ cao, gói tin thơng lƣợng thấp Do tính chất khác biệt mạng MANET so với mạng truyền thống, có nhiều thách thức cần đƣợc giải từ nhà nghiên cứu triển khai công nghệ mạng Để góp phần giải vấn đề thách thức mạng MANET, giao thức định tuyến sử dụng mạng cần đảm bảo đƣợc 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 Khi giao thức đƣợc thiết kế theo nguyên tắc phân tầng, hoạt động giao thức tập trung vào tầng cụ thể mà không xem xét tới tham số từ tầng khác mơ hình ngăn xếp giao thức Vì vậy, hoạt động giao thức đạt mục tiêu tầng mà đƣợc thiết kế không tối ƣu cho vấn đề điều khiển lƣợng truyền thông gây ảnh hƣởng tới hiệu tồn mạng Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu đƣợc đề xuất nhằm cải tiến giao thức định tuyến cho mạng MANET Tuy nhiên, đề xuất cải tiến áp dụng cho giao thức định tuyến nhóm giao thức có chung chiến lƣợc định tuyến định Các so sánh đánh giá hiệu giao thức cải tiến so với giao thức ban đầu tập trung vào số mơ hình tốn học kịch mơ định mạng MANET 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 Đề tài tập trung nghiên cứu vào số phƣơng pháp kỹ thuật cải tiến giao thức định tuyến dành cho mạng MANET sở phƣơng pháp tiếp cận xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa việc sử dụng lƣợng truyền thông để nâng cao hiệu mạng Trong đó, tập trung vào phƣơng pháp sử dụng thơng tin độ mạnh tín hiệu thu đƣợc (RSS) từ tầng vật lý để xây dựng chế điều khiển lƣợng truyền động tích hợp vào giao thức AODV tầng định tuyến nhằm tối ƣu việc sử dụng lƣợng nút mạng tăng độ tin cậy truyền thông Cấu trúc luận văn đƣợc trình bày nhƣ sau: Chƣơng trình bày tổng quan mạng MANET ứng dụng mạng Các đề xuất tối ƣu hóa lƣợng mạng MANET đƣợc trình bày Chƣơng Thiết kế, thuật tốn, mơ phỏng, phân tích đánh giá giao thức CLPC tiếp cận theo hƣớng xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa lƣợng mạng MANET đƣợc trình bày Chƣơng Cuối phần kết luận đƣa tổng kết hƣớng phát triển luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu mạng MANET 1.1.1 Định nghĩa đặc trưng mạng MANET Theo định nghĩa Tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force), MANET ( Mobile Ad-hoc Network) đƣợc gọi Mạng ad hoc không dây di động vùng tự trị (Autonomous System) định tuyến đƣợc kết nối với liên kết không dây Mỗi nút mạng vừa đóng vai trò thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trò định tuyến Các nút di chuyển cách tự làm cho kiến trúc mạng thay đổi liên tục Hình 1.1 Minh họa mạng MANET Nhƣ thấy mạng MANET bao gồm tập nút không dây di động trao đổi liệu cách linh động mà không cần hỗ trợ trạm sở cố định mạng có dây Mỗi nút di động có phạm vi truyền giới hạn, chúng cần trợ giúp nút láng giềng để chuyển tiếp gói liệu Hình 1.1 ví dụ minh họa cho mạng MANET Trong ví dụ này, gói tin từ nút nguồn máy tính cần chuyển tới nút đích điện thoại thơng minh khơng nằm phạm vi truyền nút nguồn Vì vậy, cần có trợ giúp nút trung gian để chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích Để thực đƣợc công việc này, nút mạng phải sử dụng giao thức định tuyến phù hợp cho mạng MANET Trong mạng MANET, liên kết nút mạng đƣợc đặc trƣng khoảng cách nút tính sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng tạm thời Để triển khai thành công đƣợc mạng MANET, thiết kế công nghệ mạng phải đáp ứng đƣợc yêu cầu sau:  Đảm bảo kết nối nút mạng di chuyển: Khoảng cách nút trạng thái gần chúng định nghĩa ranh giới mạng Chỉ cần hai nhiều nút chuyển động bán kính định tạo thành mạng ad-hoc Chính chuyển động làm cho khoảng cách nút thay đổi gây chất đặc biệt (ad-hoc) mạng  Tính sẵn sàng hợp tác: Các nút khoảng cách đủ gần phải sẵn sàng hợp tác để tạo thành mạng Nói cách khác, tự thân nút định “online” hay “offline”  Mạng ngang hàng tạm thời: Tại thời điểm nào, mạng ad-hoc đƣợc xác định nút “online” khoảng cách định Một nút ln có xu hƣớng tham gia hay biến khỏi mạng Do đó, mạng đƣợc coi tạm thời Hơn nữa, khơng có sở hạ tầng mạng cho trƣớc, nút mạng phải truyền thông theo kiểu ngang hàng (peer-topeer) 73 Trong Hình 3.5, nút di chuyển từ dƣờng tới vị trí (nút 3‟) Khi đó, giá trị RSS nút giảm Khi giá trị với giá trị AMin_RSS nút S, nút dự đốn liên kết với nút bị phá vỡ Nó cố gắng tìm kiếm nút khác nằm vùng truyền thông lớn thiết lập lại đƣờng Đƣờng đƣờng thiết lập nút S sử dụng nút trung gian nút nút Do đó, đƣờng S->2->5->6->10->11->D Trong trƣờng hợp nút S tìm đƣợc nút láng giềng vùng truyền thơng lớn mình, nút vùng trung bình nút AMin_RSS 3.4 Phân tích đánh giá hiệu giao thức CLPC 3.4.1 Các độ đo hiệu Các độ đo hiệu quan trọng sau đƣợc sử dụng mô phỏng: - Tỷ lệ truyền gói thành cơng (PDR): Tỷ lệ tổng số gói tin nút đích nhận đƣợc tổng số gói tin đƣợc nút nguồn gửi - Trễ đầu cuối: Thời gian trễ gói tin di chuyển từ nút nguồn qua nút trung gian tới nút đích - Tải định tuyến: Số lƣợng gói tin điều khiển đƣợc truyền q trình mơ Đối với gói tin đƣợc gửi qua nhiều chặng, lần truyền qua chặng đƣợc tính gói tin điều khiển đƣợc truyền 3.4.2 Cấu hình mơ Tham số mạng Tốc độ Giá trị 10-35 m/s 74 Tải lƣu lƣợng 20% kích thƣớc mạng Tốc độ gửi gói tin gói/giây Kích thƣớc đồ 1000 x 1000 Phạm vi truyền tối đa 250m Độ nhạy thiết bị nhận (Min RSS) -90 dBm Giao thức tầng MAC IEEE 802.11 Giao thức định tuyến CLPC, AODV Kích thƣớc gói liệu 512 bytes Giao thức tầng Transport UDP Loại ứng dụng CBR (tốc độ truyền bit cố định) Thời gian mơ 900 giây Mơ hình kênh truyền Two Ray Model Mơ hình di chuyển Continues Mobility Bảng 3.1: Các tham số cấu hình mơ 3.4.3 Phân tích hiệu theo tốc độ di chuyển nút mạng Kết mô so sánh hiệu trễ đầu cuối, tỷ lệ truyền gói thành cơng tải định tuyến giao thức CLPC AODV mơ sử dụng tham số cấu hình mơ Bảng 3.1 cho 100 nút mạng với 20 luồng liệu đƣợc đƣa Bảng 3.2, 3.3 3.4 Biểu đồ minh họa mối 75 tƣơng quan tham số hiệu với tốc độ di chuyển nút mạng đƣợc thể Hình 3.6, 3.7 3.8 Khi nút di chuyển với tốc độ thấp (0-10m/s), trễ đầu cuối mạng sử dụng hai giao thức tăng theo kiểu tuyến tính khác biệt độ đo mạng sử dụng hai giao thức nhỏ Khi vận tốc nút tăng từ 15 đến 35 m/s, liên kết thƣờng xuyên bị phá vỡ Trong giao thức AODV, sau nhận đƣợc thông điệp liên kết bị phá vỡ, nút nguồn khởi tạo lại yêu cầu tìm đƣờng tới nút đích làm tăng trễ đầu cuối Tuy nhiên, thuật toán điều khiển động lƣợng truyền giao thức CLPC dự đoán khả liên kết bị phá vỡ Trong tình này, thuật tốn tìm đƣờng thiết lập lại đƣờng phạm vi nội trƣớc liên kết bị phá vỡ Do đó, so sánh hiệu giao thức CLPC với giao thức AODV khoảng tốc độ di chuyển nút từ 15 đến 30 m/s, trễ đầu cuối giao thức CLPC giảm khoảng 13% so với giao thức AODV Khi tốc độ di chuyển nút cao (từ 30 tới 35 m/s), trễ đầu cuối giao thức CLPC giảm xấp xỉ 7% so với giao thức AODV Tốc độ di chuyển (m/s) Trễ truyền gói đầu cuối trung bình (s) AODV CLPC 0.23 0.22 0.36 0.28 10 0.44 0.39 15 0.79 0.68 20 0.96 0.83 25 1.09 0.96 76 30 1.20 1.09 35 1.39 1.28 Bảng 3.2 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo tốc độ di chuyển AODV CLPC Trế đầu cuối trung bình (s) 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 Hình 3.6: Biểu đồ trễ đầu cuối theo tốc độ di chuyển Tốc độ di chuyển (m/s) Tỉ lệ truyền gói thành công (%) AODV CLPC 93.15 95.45 86.72 93.82 10 83.53 88.25 15 75.53 85.65 20 67.94 77.61 25 60.17 68.78 77 30 52.65 59.87 35 49.30 54.10 Bảng 3.3 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành cơng theo tốc độ di chuyển Tỉ lệ truyền gói thành công (%) AODV CLPC 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 Hình 3.7 Biểu đồ tỉ lệ truyền gói thành cơng theo tốc độ di chuyển Bảng 3.3 Hình 3.7 cho thấy, tỉ lệ truyền gói thành cơng hai giao thức có độ chênh lệch thấp tốc độ nút di chuyển thấp (0-10 m/s) Khi tốc độ di chuyển nút tăng lên từ 15 đến 35 m/s, liên kết thƣờng xuyên bị phá vỡ làm gói tin Điều dẫn đến yêu cầu phải xay dựng đƣờng nút nguồn nút đích Việc tạo tiến trình tìm đƣờng có giá đắt số lƣợng lớn gói RREQ phải đƣợc sinh truyền đi, dẫn đến tƣợng tắc nghẽn mạng Việc truyền lại gói RREQ tiêu tốn nhiều tài nguyên mạng làm giảm hiệu mạng Một lý mà giao thức CLPC có tỉ lệ truyền thành cơng số gói tin liệu cao so với giao thức AODV giao thức CLPC sử dụng ba 78 vùng truyền thơng (nhỏ nhất, trung bình, lớn nhất) sở cƣờng độ tín hiệu nhận đƣợc nút nguồn chọn nút vùng truyền thông lớn để quảng bá Kết số lƣợng gói tin liệu bị giao thức CLPC so với giao thức AODV Ở vận tốc 15-30 m/s, tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức CLPC cao xấp xỉ 12,5% so với giao thức AODV Khi vận tốc nút cao (30-35 m/s), tham số hiệu giao thức CLPC tốt giao thức AODV xấp xỉ 7% Tốc độ di chuyển (m/s) Tổng số gói tin điều khiển AODV CLPC 6744.95 6604.01 9090.21 7855.00 10 11014.10 9622.21 15 14772.18 12418.22 20 16846.60 14794.94 25 20860.17 17723.83 30 22979.82 20382.09 35 24566.58 22839.56 Bảng 3.4 Giá trị tổng số gói tin điều khiển theo tốc độ di chuyển Khi xem xét tải định tuyến (Bảng 3.4 Hình 3.8), vận tốc nút nằm khoảng bình thƣờng (0-10 m/s), giao thức CLPC dƣờng nhƣ không tốt giao thức AODV vận tốc khả kết nối bị phá vỡ thấp tiến trình tìm đƣờng tối thiểu Khi nút mạng di chuyển nhanh (1535 m/s), việc liên kết bị phá vỡ xảy thƣờng xuyên Giao thức AODV khởi tạo tiến trình tìm đƣờng cách sử dụng gói RREQ Số 79 lƣợng gói tin RREQ nhiều làm tăng tải định tuyến mạng làm giảm hiệu mạng nghìn Tổng số gói tin điều khiển AODV CLPC 25 20 15 10 5 10 15 20 25 Tốc độ di chuyển (m/s) 30 35 Hình 3.8: Biểu đồ tải định tuyến theo tốc độ di chuyển Thuật toán giao thức CLPC sử dụng chế điều khiển lƣợng động để giúp cho nút dự đốn tƣợng phá vỡ liên kết Thơng tin hỗ trợ cho nút tạo quyét định sớm để giải vấn đề liên kết bị phá vỡ phạm vi nội Ƣu điểm chế điều chỉnh lƣợng truyền sở cƣờng độ tín hiệu nhận nút Cơ chế giúp phân tách nút sở nút có liên kết yếu nút có liên kết mạnh Các gói RREQ đƣợc chuyển tiếp từ nút có liên kết mạnh mà bỏ qua nút có liên kết yếu Do đó, tải định tuyến giao thức CLPC đƣợc giảm xuống so sánh với giao thức AODV Khi vận tốc nút khoảng 15-30 m/s, số lƣợng gói tin điều khiển CLPC giảm khoảng 15% so với giao thức AODV Khi vận tốc nút cao (30-35 m/s), giao thức CLPC có hiệu tải định tuyến tốt khoảng 9% so với giao thức AODV 80 3.4.4 Phân tích hiệu theo kích cỡ mạng Những thử nghiệm so sánh hiệu giao thức CLPC giao thức AODV mạng có kích cỡ nhỏ mạng có kích cỡ lớn Theo đó, kích cỡ mạng đƣợc lựa chọn khoảng từ 100 nút tới 200 nút với số lƣợng luồng liệu cao 20% kích cỡ mạng, vận tốc nút tối đa 10 m/s thời gian tạm dừng lần di chuyển 30 giây Số lƣợng nút Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) AODV CLPC 100 86.97 90.80 125 73.62 80.76 150 64.59 76.90 175 53.43 63.71 200 33.19 38.13 Bảng 3.5 Giá trị tỉ lệ truyền gói thành cơng theo số lượng nút Kết mơ tỉ lệ truyền gói thành cơng thay đổi số lƣợng nút mạng đƣợc đƣa Bảng 3.5 mối tƣơng quan thay đổi hai tham số đƣợc thể biểu đồ Hình 3.9 Trong Hình 9, với mạng có kích cỡ 100 nút, có có khác biệt nhỏ tỉ lệ truyền gói thành cơng hai giao thức Khi kích cỡ mạng tăng lên 175 nút, giao thức CLPC chạy thuật toán động điều khiển truyền để giảm lƣợng truyền thuật tốn tìm đƣờng thay để giảm số lƣợng liên kết bị phá vỡ Điều giải thích tỷ lệ truyền gói thành cơng giao thức CLPC tăng từ 10% đến 15% so với giao thức AODV Khi kích cỡ mạng tăng đến 200 81 nút, giao thức CLPC đạt hiệu tỉ lệ truyền gói thành công cao 9% so với giao thức AODV Tỉ lệ truyền gói thành cơng (%) AODV CLPC 100 90 80 70 60 50 40 30 20 100 125 150 Số lượng nút 175 200 Hình 3.9 Biểu đồ Tỷ lệ truyền gói thành cơng theo số lượng nút Số lƣợng nút Trễ đầu cuối trung bình (s) AODV CLPC 100 0.48 0.43 125 1.30 0.99 150 2.34 1.87 175 3.15 2.64 200 3.97 3.62 Bảng 3.6 Giá trị trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút 82 Trễ đầu cuối trung bình (s) AODV CLPC 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 100 125 150 Số lượng nút 175 200 Hình 3.10 Biểu đồ trễ đầu cuối trung bình theo số lượng nút Bảng 3.6 Hình 3.10 cho thấy so sánh trễ đầu cuối giao thức CLPC AODV Khi kích thƣớc mạng 100 nút, khác biệt tham số hiệu hai giao thức nhỏ Khi kích cỡ mạng tăng lên đến 175 nút, giao thức CLPC sử dụng chế động điều khiển lƣợng để phát liên kết bị phá vỡ nhanh chóng áp dụng chế tìm đƣờng dự phòng Số lƣợng nút Số lƣợng gói tin điều khiển AODV CLPC 100 12094.40 9397.85 125 21114.40 15976.39 150 39159.23 28869.51 175 58998.54 48001.15 200 71110.45 64233.86 Bảng 3.7 Giá trị số lượng gói tin điều khiển theo số lượng nút 83 nghìn Số lượng gói tin điều khiển AODV CLPC 80 70 60 50 40 30 20 10 100 125 150 175 Số lượng nút 200 Hình 3.11 Biểu đồ tổng số gói tin điều khiển theo số lượng nút Bảng 3.7 Hình 3.11 cho thấy mối tƣơng quan trễ đầu cuối giao thức CLPC giao thức AODV Khi kích thƣớc mạng 100 nút, khơng có nhiều khác biệt trễ đầu cuối giao thức CLPC giao thức AODV Khi kích thƣớc mạng phát triển lên 175 nút, giao thức CLPC sử dụng chế kiểm soát lƣợng động để phát liên kết xảy đứt gãy nhanh chóng áp dụng chế tìm đƣờng thay Mặt khác, giao thức AODV phản hồi liên kết thực bị đứt Do đó, trễ đầu cuối giao thức AODV lớn hơn 20% so với giao thức CLPC Cuối cùng, kích thƣớc mạng tăng lên đến 200 nút, thực nghiệm mô chứng minh giao thức CLPC có trễ đầu cuối giảm khoảng 9,5% so với giao thức AODV 84 3.5 Kết luận Chƣơng Kiến trúc xuyên tầng đƣợc đề xuất cho phép điều chỉnh lƣợng truyền đƣợc tạo tầng Vật lý sau nút nhận đƣợc thông tin Cƣờng độ tín hiệu nhận (RSS) nút láng giềng Việc điều chỉnh lƣợng truyền giúp cho nút thay đổi động phạm vi truyền tầng Vật lý lƣợng truyền ảnh hƣởng trực tiếp tới phạm vi truyền Thông tin RSS đƣợc truyền từ tầng Vật lý lên tầng Mạng để đƣa định tối ƣu giao thức định tuyến Ƣu điểm kiến trúc cho phép tầng phía (tầng MAC tầng Mạng) truy cập thông tin từ tầng Vật lý Hình 3.1 minh họa tƣơng tác xuyên tầng kiến trúc Đối với giao thức AODV, đƣờng đƣợc chọn cài đặt vào bảng định tuyến chuyển tiếp liệu đƣờng ngắn số chặng Vì vậy, đƣờng đƣợc hình thành từ liên kết dài yếu dẫn đến mức độ ổn định tính bền vững đƣờng khơng cao Giao thức CLPC đƣợc đề xuất nhằm cải tiến giao thức AODV theo hƣớng tiếp cận xuyên tầng với đề xuất chính: (1) kỹ thuật điều khiển lƣợng truyền; (2) chế tìm đƣờng tối ƣu lƣợng (3) chế tìm lại đƣờng lỗi xảy đƣợc kiểm nghiệm, so sánh đánh giá hiệu với giao thức AODV Kết thực nghiệm kịch cho thấy giao thức CLPC đạt đƣợc hiệu cao so với giao thức AODV 85 KẾT LUẬN Mạng MANET mạng không dây đƣợc tạo thành, hủy bỏ, thay đổi cách tự động mà khơng cần có can thiệp ngƣời dùng Đặc trƣng lớn MANET khả tự hình thành tính đa chặng Cơng nghệ mạng MANET có tiềm ứng dụng lớn vào lĩnh vực quân sự, phòng chống thảm họa, hội thảo, tính tốn phân tán, mạng cảm biến, mạng Rooftop mở rộng phạm vi điểm truy cập Trong đề tài này, thực đƣợc cơng việc sau:  Tìm hiểu tổng quan mạng MANET ứng dụng thực tế; công nghệ đƣợc sử dụng triển khai mạng không dây kiểu không cấu trúc nhƣ IEEE 802.11b, Bluetooth; Nghiên cứu vấn đề định tuyến chế hoạt động giao thức định tuyến AODV mạng MANET  Nghiên cứu đề xuất cải tiến mạng MANET theo hƣớng tiếp cận xuyên tầng nhằm tiết kiệm lƣợng  Nghiên cứu cài đặt mô đề xuất cải tiến giao thức AODV thành giao thức CLPC theo hƣớng tiếp cận xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa lƣợng nâng cao hiệu mạng MANET Do thời gian kiến thức hạn chế nên kịch mơ tƣơng đối đơn giản chƣa thực với ngữ cảnh mạng thực tế Các so sánh đánh giá hiệu dừng lại việc so sánh giao thức gốc AODV giao thức cải tiến CLPC Đề tài phát triển theo hƣớng cài đặt nhiều đề xuất cải tiến trình bày Chƣơng để có 86 phân tích, đánh giá sâu sắc ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp cải tiến đề xuất 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Ahmed A., Kumaran T., Syed S, Subburam S (2014), “Cross-Layer Design Approach for Power Control in Mobile Ad Hoc Networks”, Egyptian Informatics Journal, vol.16, pp 1-7 [2] Basagni S., Conti M., Giordano S., Stojmenovic I (2004), Mobile Ad hoc Networking, IEEE Press, USA [3] Bluetooth SIG Inc, “Bluetooth Core Specification”, Version 5.1, November 2019, http://www.bluetooth.com [4] I.S Department (1999), “IEEE 802.11 Wireless Lan Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications”, ANSI/IEEE Standard 802.11 [5] Mahlknecht S, Madani SA, Roetzer M Energy aware distance vector routing scheme for data centric low-power wireless sensor networks IEEE Commun Mag Oct 2005;40:70–6 [6] Moh Sangman (2009), Link quality aware route discovery for robust routing and high performance in mobile ad hoc networks In: Proc HPCC [7] Perkins C., Belding-Royer E., Das S (2003), “Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing”, RFC 3561, Available at: https://www.ietf.org/rfc/rfc3561.txt [8] Ramachandran, Shanmugavel S Received signal strength based cross-layer designs in mobile ad-hoc networks IETE Tech Rev 2009;25(4):192–200 [9] V Kawadia, and P R Kumar, “Principles and protocols for power control in wireless ad-hoc networks,” IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Part I, Vol 23, No 1, pp 78-88, 2005 [10] T S Rappaport (2002), “Wireless communication: Past event and a future perspective,” IEEE Communication Magazine, Vol 40, No 5, pp 148-161 [11] A J Goldsmith, and S B (2002), “Design challenges for energy constrained Ad-hoc wireless networks,” IEEE Wireless Communication, Vol 9, pp 8-27 ... VÀ TRUYỀN THÔNG Phạm Văn Cƣờng PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN THEO THIẾT KẾ XUYÊN TẦNG NHẰM TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET Ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY... HỌC PGS TS NGUYỄN VĂN TAM Thái Nguyên - 2019 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu đề tài Phương pháp tiếp cận theo thiết kế xuyên tầng nhằm tối ưu hóa lượng cho mạng MANET nhận đƣợc giúp... 1.4 Kết luận Chƣơng 33 CHƢƠNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG MANET 36 2.1 Tổng quan thiết kế xuyên tầng nhằm tối ƣu hóa lƣợng 36 2.2 Phƣơng pháp tối