Nâng cao hiệu năng mạng MANET sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ———————————- LÊ HỮU BÌNH NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG MANET SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN Chuyên ngành: Hệ thống thơng tin Mã số: 9480104 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI - 2019 Cơng trình hồn 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 Võ Thanh Tú Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Nguyễn Văn Tam Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: 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 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Trong xu phát triển công nghệ mạng, truyền thông không dây giải pháp chủ đạo cho cơng nghệ mạng viễn thơng nói chung, mạng truyền liệu mạng máy tính nói riêng Trong thời đại công nghệ mạng hệ thứ (5G) Internet vạn vật (IoT), xuất số mô hình mạng khơng dây để cung cấp ứng dụng thực tế Cơ mạng cảm biến không dây, mạng khơng dây hình lưới, mạng tùy biến di động (MANET) Trong đó, MANET ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực [66] Để mở rộng phạm vi ứng dụng mạng MANET, cần phải nâng cao tốc độ truyền dẫn, tăng phạm vi phủ sóng, mở rộng vùng diện tích sử dụng Tuy nhiên, điều gặp phải số khó khăn mặt kỹ thuật Vì việc tăng tốc độ truyền dẫn, phạm vi phủ sóng vùng diện tích sử dụng hiệu ứng vật lý xảy lộ trình tăng lên, làm ảnh hưởng đến hiệu mạng [26, 29, 30, 61, 65] Để đảm bảo hiệu mạng, cần phải tìm giải pháp nhằm giảm đảm bảo QoT mạng QoT kênh truyền phụ thuộc vào lộ trình, mà lộ trình định thuật tốn định tuyến Vì vậy, việc nghiên cứu thuật toán định tuyến ràng buộc QoT mạng MANET có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Vấn đề nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm thời gian gần [5, 24, 33, 35, 46, 51, 53] Các cơng trình nghiên cứu đề xuất thuật toán định tuyến với mục tiêu lựa chọn lộ trình có QoT tốt để truyền liệu Tuy nhiên, vấn đề đặt với kỹ thuật định tuyến theo QoT tốt tăng tình trạng nghẽn cục tải lưu lượng phân bố không đồng kết nối toàn mạng Nghẽn cục vấn đề ảnh hưởng lớn đến hiệu mạng Vấn đề thường giải kỹ thuật định tuyến cân tải Trong MANET, định tuyến cân tải nhiều nhóm nghiên cứu triển khai [34, 39, 41, 44, 67, 70] Các cơng trình nghiên cứu đề xuất thuật toán định tuyến cân tải lưu lượng qua kết nối mạng, giảm thiểu tình trạng nghẽn cục Tuy nhiên, đặc trưng kỹ thuật định tuyến cân tải thuật tốn định tuyến chọn "lộ trình dài" Điều làm giảm QoT hệ thống mạng Các cơng trình nghiên cứu kỹ thuật định tuyến cân tải mạng MANET đề cập chưa xét đến vấn đề Thơng qua việc phân tích tình hình nghiên cứu kỹ thuật định tuyến QoT định tuyến cân tải trên, tác giả nhận thấy rằng, việc kết hợp hài hòa định tuyến cân tải định tuyến đảm bảo QoT điều cần thiết Đặc biệt hệ thống mạng MANET có vùng diện tích rộng, mật độ nút cao, sử dụng kênh có băng thơng lớn Vì vậy, đề tài luận án này, tác giả tập trung nghiên cứu kỹ thuật định tuyến cân tải, đồng thời đảm bảo QoT lộ trình truyền liệu nhằm nâng cao hiệu mạng MANET Mục tiêu nghiên cứu Phân tích, đánh giá QoT lộ trình truyền liệu ảnh hưởng đến hiệu mạng MANET theo thuật toán định tuyến khác Từ đó, đề xuất thuật tốn định tuyến cải tiến nhằm cân tải lưu lượng, đồng thời đảm bảo QoT lộ trình truyền liệu, nâng cao hiệu mạng MANET Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài luận án tập trung vào thuật toán định tuyến cân tải định tuyến đảm bảo QoT MANET Phạm vi nghiên cứu đề tài tập trung vào nhóm giao thức định tuyến DSR AODV Nội dung nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu nội dung sau: (i) Xây dựng phát triển điều kiện ràng buộc QoT theo thuật tốn định tuyến khác (ii) Phân tích, đánh giá QoT mạng MANET giao thức định tuyến DSR, AODV định tuyến cân tải (iii) Đề xuất thuật toán định tuyến cải tiến giao thức DSR AODV, nhằm cân tải lưu lượng toàn mạng, đồng thời đảm bảo QoT lộ trình, nâng cao hiệu mạng MANET Bố cục luận án: Luận án trình bày theo bố cục sau: Phần mở đầu tập trung phân tích tính cấp thiết đề tài nghiên cứu, từ xác định mục tiêu nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu phương pháp nghiên cứu đề tài luận án Chương trình bày tổng quan MANET yếu tố ảnh hưởng đến hiệu mạng Chương tập trung đánh giá chất lượng truyền dẫn mạng MANET sử dụng giao thức định tuyến theo yêu cầu cân tải Chương đề xuất thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa tải lưu lượng qua lộ trình Chương đề xuất thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa thông tin định tuyến nút nguồn Phần kết luận trình bày kết đóng góp luận án, đồng thời đề vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu tương lai Cuối phụ lục, trình bày chi tiết số liệu tính tốn cho ví dụ minh họa Luận án (Phụ lục A), trình bày mã nguồn số mơ đun phần mềm mơ tác giả triển khai OMNeT++ (Phụ Lục B) CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MANET VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG 1.1 Những vấn đề mạng MANET Nội dung phần trình bày nguyên lý, đặc điểm mạng MANET yếu tốt ảnh hưởng đến hiệu mạng 1.2 Định tuyến mạng MANET Định tuyến mạng MANET cần phải thực hai nhiệm vụ, Một tạo thông tin định tuyến, nghĩa tìm lộ trình từ nguồn đến đích để cập nhật vào bảng định tuyến Hai trì thông tin định tuyến cập nhật để xác định thơng tin lộ trình bảng định tuyến có khả thi hay khơng 1.3 Tình hình nghiên cứu định tuyến mạng MANET 1.3.1 Định tuyến QoS Định tuyến QoS kỹ thuật định tuyến mà tham số QoS xác suất lỗi gói, độ trễ, thơng lượng xem xét trình khám phá lộ trình, nhằm đảm bảo QoS hệ thống mạng [1, 14, 62] 1.3.2 Định tuyến QoT Định tuyến QoT kỹ thuật định tuyến mà tham số QoT xem xét trình khám phá lộ trình Trong thời gian gần đây, kỹ thuật định tuyến QoT số nhóm nghiên cứu triển khai Có hai phương pháp nhóm nghiên cứu sử dụng để đưa ràng buộc QoT vào thuật toán định tuyến Một là, ràng buộc QoT thông qua hàm trọng số, thực cách xây dựng hàm trọng số có chứa tham số QoT, thuật toán định tuyến dựa hàm trọng số để lựa chọn lộ trình [46, 35, 29] Hai là, ràng buộc QoT thơng qua gói điều khiển, thực cách sử dụng gói điều khiển RREQ RREP để trao đổi thông tin QoT nút mạng, từ xác định ràng buộc QoT cho việc lựa chọn lộ trình [5, 24, 51, 58] 1.3.3 Định tuyến cân tải Trong mạng MANET, kỹ thuật định tuyến cân tải nhiều nhóm nghiên cứu đặc biệt quan tâm Trong [44], tác giả đề xuất giao thức định tuyến cân tải cho mạng tùy biến có tên LMP-DSR Giao thức LMPDSR cải tiến từ giao thức DSR cách sử dụng kỹ thuật định tuyến đa đường thay cho định tuyến đơn đường Trong [39], thuật toán định tuyến đa mức (MRA) đề xuất để cân tải lưu lượng mạng tùy biến Thuật toán MRA sử dụng phương pháp lựa chọn nút trung gian mà có đủ tài nguyên dung lượng để đến nút đích Trong [34], tác giả đề xuất giao thức định tuyến có tên LBCAR Giao thức LBCAR sử dụng hai độ đo, mật độ tải lưu lượng chi phí kết nối kết hợp với lộ trình định tuyến để xác định trạng thái tắc nghẽn Lộ trình có mật độ tải lưu lượng thấp thời gian tồn cao lựa chọn cho việc truyền liệu 1.3.4 Một số nhận xét đánh giá • Việc đề xuất thuật tốn định tuyến có xét đến QoT triển khai Tuy nhiên, hầu hết thuật toán đề xuất kiểm tra ràng buộc QoT sau tập lộ trình tìm được.Vì vậy, có số trường hợp lộ trình tìm thấy chưa phải lộ trình có QoT tốt nhất, chí khơng thỏa mãn ràng buộc QoT • Về mơ hình mạng sử dụng cho việc đánh giá hiệu năng, hầu hết cơng trình đánh giá mơ hình mạng tốc độ thấp, chủ yếu kênh có băng thơng 20 MHz Trong trường hợp hệ thống mạng sử dụng kênh băng thông rộng, ảnh hưởng hiệu ứng vật lý cần phải quan tâm, băng thơng rộng nhiễu tác động lên kênh truyền lớn • Kỹ thuật định tuyến cân tải mạng MANET triển khai Các kết nghiên cứu chứng minh hiệu mạng cải thiện mặt xác suất nghẽn định tuyến cân Tuy nhiên, điều kiện ràng buộc QoT chưa xem xét thuật toán định tuyến cân 1.4 Những đóng góp luận án (i) Đề xuất phương pháp xác định điều kiện ràng buộc QoT dựa mơ hình xun lớp, sử dụng cho chế khám phá lộ trình giao thức định tuyến theo yêu cầu mạng MANET (ii) Đề xuất thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo QoT dựa tải lưu lượng phân phối đến lộ trình (LBRQT) cho mạng MANET (iii) Đề xuất thuật tốn định tuyến cân tải đảm bảo QoT cho mạng MANET dựa thông tin định tuyến nút nguồn (SLBQT-DSR) 1.5 Kết luận chương Chương trình bày vấn đề mạng MANET yếu tố ảnh hưởng đến hiệu mạng, kỹ thuật định tuyến sâu phân tích Tác giả phân tích kỹ tình hình nghiên cứu nước giới liên quan đến kỹ thuật định tuyến mạng MANET Từ tác giả xác định vấn đề nghiên cứu đóng góp luận án CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN CỦA MẠNG MANET KHI SỬ DỤNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO YÊU CẦU VÀ CÂN BẰNG TẢI 2.1 Các hiệu ứng vật lý xảy lộ trình truyền liệu 2.1.1 Các yếu tố kỹ thuật liên quan Các hiệu ứng vật lý xảy lộ trình phụ thuộc vào giải pháp kỹ thuật sử dụng lớp vật lý lớp liên kết liệu, kỹ thuật điều chế tín hiệu, chuẩn truyền thơng không dây 2.1.2 Suy hao công suất qua môi trường dẫn [20] Lf = 4πd λ = 4π fc d c (2.2) đó, fc tần số sóng mang, c vận tốc ánh sáng d khoảng cách 2.1.3 Nhiễu tích lũy đường truyền Có bốn thành phần nhiễu phát sinh trình truyền liệu Đó nhiễu nhiệt, nhiễu tạp âm, nhiễu xuyên âm nhiễu xung [3] Với MANET, thành phần nhiễu ảnh hưởng lớn đến QoT nhiễu nhiệt với công suất xác định bởi: Pn = K × T × B (2.5) với K số Boltzmann, T nhiệt độ B băng thông kênh 2.2 Hiệu mạng MANET Theo nghĩa chung, hiệu mạng hiệu quả, lực chất lượng hoạt động hệ thống mạng Đánh giá hiệu mạng việc xác định độ đo phản ánh hiệu quả, lực chất lượng hệ thống mạng phương pháp mô phỏng, mơ hình giải tích thực nghiệm Trong MANET, độ đo thường sử dụng để đánh giá hiệu bao gồm xác suất chặn gói liệu, thời gian trễ, thơng lượng, tỷ lệ tín hiệu nhiễu tỷ lệ bit lỗi 2.2.1 Xác suất chặn gói liệu (BPD) BPD = Nb /Ng (2.6) đó, Ng tổng số gói liệu phát sinh tồn mạng, Nb tổng số gói liệu bị chặn, bao gồm chặn lưu lượng bị nghẽn chặn QoT không đảm bảo 2.2.2 Thời gian trễ Thời gian trễ gói liệu tổng thời gian cần thiết để gói liệu truyền thành cơng từ nguồn đến đích 2.2.3 Tỷ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) Trong MANET, SNR phụ thuộc vào dạng chuyển tiếp liệu nút Có dạng chuyển tiếp khuếch đại chuyển tiếp (AF) giải mã chuyển tiếp (DF) Từ đó, SNR đầu thu lộ trình xác định [9, 65]:  min(βh1 , βh2 , , βhn−1 ) Nếu sử dụng DF (2.8)    −1 n−1 βn =   Ngược lại (2.20) ∑ βh  i i=1 với βn SNR nút đích βhi SNR bước truyền thứ i 2.2.4 Tỷ lệ lỗi bit (BER) BER xác định tổng số bit lỗi tổng số bit truyền Sự phụ thuộc BER theo SNR kỹ thuật điều chế xác định theo [11] 2.3 QoT lộ trình sử dụng giao thức định tuyến theo yêu cầu 2.3.1 Nguyên lý giao thức định tuyến theo yêu cầu Nguyên lý giao thức định tuyến theo yêu cầu lộ trình tạo có yêu cầu [3] Khi nút yêu cầu lộ trình để đến đích, nút phải khởi đầu trình khám phá lộ trình Quá trình hồn tất tìm lộ trình tất lộ trình khả thi kiểm tra Có hai giao thức định tuyến theo yêu cầu nghiên cứu phổ biến, DSR [22] AODV [16] 2.3.2 Chất lượng truyền dẫn lộ trình Node Next Hops A A Node Next Hops Theo nguyên lý giao A B B thức định tuyến theo yêu cầu, có 24 D Node Next Hops H E 28 số trường hợp, lộ trình tìm 32 35 A Node Next Hops không thỏa mãn ràng buộc A A 24 H C 29 QoT Xét ví dụ Hình 2.16 với C 31 32 28 E giao thức AODV sử dụng Giả 29 Node Next Hops A E H sử A muốn khám phá lộ trình đến H H 29 F H Theo nguyên lý AODV, lộ 32 Node Next Hops Node Next Hops 32 A C I trình tìm thấy A → E → C A A 31 G Node Next Hops RREQ Node Next Hops → H Giả sử nguyên lý hoạt động A G A E RREP nút AF Theo (??), SNR Hình 2.16 Một ví dụ khám phá lộ trình sử dụng lộ trình A → E → C → H giao thức định tuyến AODV 23.87 dB Xét trường hợp SNR yêu cầu tối thiểu phải 24 dB, lộ trình khơng thỏa mãn ràng buộc QoT Với tơpơ Hình 2.16, từ A đến H sử dụng lộ trình A32 → E → G → I → H Mặc 32 32 10 32 32 dù số bước truyền 4, SNR 24.1 dB Giá trị thỏa mãn ràng buộc QoT, đồng thời tốt lộ trình A → E → C → H mà giao thức AODV tìm thấy 2.4 QoT lộ trình sử dụng giao thức định tuyến cân tải 2.4.1 Nguyên lý kỹ thuật định tuyến cân tải Định tuyến cân tải kỹ thuật định tuyến mà tiêu chí lựa chọn lộ trình phân phối tải lưu lượng đồng tất kết nối B 24 D 28 A 32 35 24 2.4.2 QoT lộ trình 29 31 C E 32 28 29 Xét ví dụ khám phá lộ trình Hình 2.17 với thuật tốn định tuyến cân 29 F 32 tải FMLB [70] sử dụng, K 32 I 31 G Xét trường hợp A muốn truyền liệu Gói RREQ tiếp tục quảng bá đến H Theo nguyên lý khám phá lộ trình Gói RREQ bị loại bỏ cách phát quảng bá gói RREQ, lộ Gói RREP phản hồi nút nguồn trình khả dụng tìm thấy A → E → C → H, A → E → G → I → H A → Hình 2.17 Một ví dụ định tuyến cân tải mạng MANET B → D → H SNR lộ trình 23.86, 24.04 20.2 dB Như vậy, có lộ trình thứ hai thỏa mãn ràng buộc QoT Trong đó, lộ trình sử dụng Điều dẫn đến gói liệu truyền lộ trình thứ lộ trình thứ ba có QoT khơng đảm bảo 2.5 Đánh giá QoT hiệu mạng thông qua mô 2.5.1 Kịch mô Để đánh giá QoT lộ trình truyền liệu ảnh hưởng đến hiệu mạng MANET, tác giả tiến hành mô OMNeT++ [10] Bảng 2.5 Các tham số mô Tham số Vùng mô Giao thức MAC Công suất phát Ngưỡng BER Mô hình nhiễu Tốc độ di chuyển Thiết lập 1000 × 1000m 802.11ac 19.5 dBm 10−6 Nhiễu nhiệt - 20 m/s Tham số Vùng phủ sóng Dạng điều chế Độ nhạy thu SNR yêu cầu Nhiệt độ Tổng số nút Thiết lập 250 m 256-QAM -68 dBm 23.5 dB 3000 K 10 - 50 2.5.2 Trường hợp sử dụng giao thức DSR Kết qủa Hình 2.19 cho ta thấy SNR đầu thu nút đích Có nhiều lộ trình mà SNR khơng thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT (nhỏ 23.5 dB) Đây nguyên nhân làm tăng xác suất gói chặn gói liệu QoT không đảm bảo H 26.00 26.00 Giá trị yêu cầu DSR 25.00 SNR nhỏ (dB) SNR nhỏ (dB) 25.00 24.00 23.00 22.00 24.00 23.00 22.00 21.00 21.00 20 25 30 35 40 45 50 20 Tổng số nút mạng Hình 2.19 SNR lộ trình sử dụng giao thức DSR Hình 2.21 SNR nhỏ sử dụng giao thức DSR Việc tồn nhiều lộ trình khơng thỏa mãn ràng buộc QoT làm tăng BPD cho thấy Hình 2.24 BPD QoT không đảm bảo chiếm gần 50% tổng số BPD toàn mạng BPD toàn phần 0.04 BPD BPD 0.03 0.02 0.01 0.01 0.00 0.00 0.6 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 Hình 2.24 BPD theo tải lưu lượng sử dụng giao thức DSR 0.08 BPD toàn phần BPD toàn phần 0.07 BPD QoT 0.06 0.06 0.05 0.05 BPD 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0.00 15 20 Tốc độ di chuyển (m/s) Hình 2.29 SNR lộ trình sử dụng giao thức AODV BPD QoT 0.04 0.03 10 0.65 Tải lưu lượng (Erlang) 0.04 0.00 10 15 20 Tốc độ di chuyển (m/s) Hình 2.31 BPD theo tốc độ di chuyển giao thức AODV 2.6 Kết luận chương Chương trình bày kết nghiên cứu hiệu ứng vật lý xảy lộ ảnh hưởng đến hiệu mạng MANET Kết mơ chứng minh rằng, ảnh hưởng hiệu ứng làm tăng BPD, dẫn đến suy giảm hiệu hệ thống mạng Vì vậy, việc nghiên cứu cải tiến thuật toán định tuyến nhằm đảm bảo QoT, nâng cao hiệu mạng điều cần thiết 0.03 0.02 0.08 0.05 0.04 Với giao thức AODV, SNR lộ trình cho thấy Hình 2.29 Có nhiều lộ trình mà SNR khơng thỏa mãn ràng buộc QoT (nhỏ 23.5 dB) Đây nguyên nhân làm tăng BPD, điều thể rõ Hình 2.31 BPD BPD QoT 0.05 2.5.3 Trường hợp sử dụng AODV 0.07 0.06 0.06 0.6 Khi đó, thuật tốn LBRQT mơ hình hóa thành toán quy hoạch phi tuyến: (r) Miniminze (Bsd ) (3.19) với điều kiện ràng buộc:   −1 (sd) (sd) ∑ xi j − ∑ x jk =   i∈N k∈N N N ∑∑ (sd) (h) xi j τi j Nếu j = s Nếu j = d Ngược lại ≤ τth (3.20) (3.21) i=1 j=1  N N    ∑ ∑ (h)  i=1 j=1 βi j xi(sd) j ≤ βreq Nếu sử dụng AF (3.22)   (h)   β ≥ βreq  x(sd) =1 i j Ngược lại ij (sd) (sd) (xi j − 1)xi j =0 (3.23) Phương trình (3.20) ràng buộc luồng liệu, (3.21) ràng buộc độ trễ, (3.22) ràng buộc QoT (3.23) ràng buộc nhị phân 3.3.2 Ý tưởng thực thi thuật tốn mơ hình xun lớp 3.3.2.1 Cải tiến cấu trúc nút mạng sử dụng mơ hình xun lớp Để sử dụng thông tin Lớp truyền tải QoT làm điều kiện ràng buộc định Cập nhật sở Dự đoán QoT, liệu mật độ tuyến, lớp mạng phải truy cập trực EED BPD lưu lượng Lớp mạng tiếp thông tin từ lớp vật lý Điều thực thơng qua mơ hình xun lớp [5, 26, 2] Lớp liên kết liệu SA Với thuật tốn LBRQT, tác giả đề Data xuất mơ hình xuyên lớp với cấu Lớp vật lý RREQ trúc Hình 3.6, đó, Nút mạng MANET tác tử tĩnh (Stationary Agent - SA) sử dụng để trao đổi xử lý Hình 3.6 Cấu trúc mơ hình xun lớp sử dụng thơng tin xun lớp lớp vật lý tác tử cho mạng MANET lớp mạng Trong trình truyền liệu, nhiệm vụ SA cập nhật tải lưu lượng phân phối cho kết nối Trong trình khám phá lộ trình, SA thu thập, xử lý dự đốn thông tin QoT, EED BPD để chuyển cho lớp mạng Các thông tin QoT EED sử dụng 11 cho ràng buộc định tuyến theo (3.21) (3.22) Thông tin BPD sử dụng cho nút nguồn làm tiêu chí lựa chọn lộ trình cân tải theo hàm mục tiêu (3.19) 3.3.2.2 Cải tiến chế xử lý gói RREQ RREP nút mạng (i) Trường hợp RC nút trung gian khơng có lộ trình đến nút đích Ý tưởng minh họa S SA I dự đoán trước QoT, EED K BPD từ S đến nút láng giềng I Hình 3.7 Khi nút I nhận gói RREQ yêu cầu khám L phá lộ trình từ S đến D, SA I dự RREQ RREQ I … đoán độ đo QoT EED từ S Data Packet đến nút láng giềng I Từ RREQ M SA I thống kê lưu lượng phân phối đó, SA xác định tập Qi tập đến kết nối từ I đến nút nút láng giềng I thỏa mãn điều Tập tất nút láng giềng I P kiện ràng buộc QoT Sau đó, I Tập nút láng giềng I thỏa mãn ràng buộc QoT EED (Tập Q ) phát quảng bá gói RREQ đến Hình 3.7 Nguyên lý chuyển tiếp gói RREQ nút thuộc tập Qi Ngoài ra, sau RC nút I khơng có lộ trình đến đích xác định tập Qi , SA I dự đoán BPD từ S đến nút thuộc tập Qi Thông tin BPD sử dụng cho nút nguồn lựa chọn lộ trình cân tải Tập Qi xác định Thuật toán 3.1 i Thuật toán 3.1: Xác định nút láng giềng I thỏa mãn ràng buộc QoT (Tập Qi ) (1) (2) (3) (4) (r) (r) Đọc thông tin QoT EED từ S đến I (βsi τsi ) gói RREQ; Qi ← 0/ ; for (Mỗi nút J láng giềng I) (h) Thu thập thông tin SNR từ I đến J (βi j ) lớp vật lý; (h) (5) Dự đoán thời gian trể từ I đến J (τi j ) theo (3.9); (6) (r) τs j (r) (h) τsi + τi j ; ← if (Nguyên lý hoạt động nút mạng DF) then (r) (r) (h) βs j ← min(βsi , βi j ); else (7) (8) (9) (r) (h) −1 (r) βs j ← 1/βsi + 1/βi j (10) ; (11) end (12) if ((τs j ≤ τth ) and (βs j ≥ βreq )) then (r) Đọc thông tin BPD từ S đến I (Bsi ) gói RREQ; (h) (13) (h) (h) (14) Dự đoán BPD bước truyền từ I đến J (Bi j ) theo (3.7); (15) Bs j = − (1 − Bsi )(1 − Bi j ); Qi ← Qi ∪ J; (r) (h) end (16) (17) (r) end 12 (ii) Trường hợp RC nút trung gian có lộ trình khả dụng đến nút đích Hình 3.8 minh họa ý tưởng cải tiến QoT EED từ S đến D QoT EED từ S đến D thỏa mãn điều kiện ràng không thỏa mãn điều kiện S chế xử lý gói RREQ nút buộc cho trước ràng buộc cho trước RC nút trung gian có lộ trình khả dụng đến nút đích Giả sử nút xét … I … nút I, trường hợp này, nút I khơng tạo gói RREP phản hồi L SA I dự đoán trước QoT, EED BPD từ S S giao thức định tuyến theo yêu đến D dọc theo lộ trình S  I nối với I  D M cầu Thay vào đó, SA I dự đoán QoT EED từ S đến D theo lộ trình S → Hình 3.8 Xử lý gói RREQ nút trung gian có lộ trình đến đích I nối với I → D Nếu QoT EED dự đoán thỏa mãn ràng buộc cho trước, gói RREP tạo gửi phản hồi nút nguồn Ngược lại, nút I xử lý gói RREQ trường hợp (i) RREQ RREP RREQ RREQ RREQ Thuật toán 3.2: Dự đoán QoT BPD SA RC I có lộ trình đến D (r) (r) (r) (r) (1) Đọc thông tin QoT EED từ S đến I (βsi τsi ) gói RREQ; (2) Đọc thông tin QoT EED từ I đến D (βid τid ) RC I; (r) (r) (r) (3) τsd ← τsi + τid ; (4) if (Nguyên lý hoạt động (r) (r) (r) (5) βsd ← min(βsi , βid ); (6) else (r) (r) −1 (r) βsd ← 1/βsi + 1/βid (7) nút mạng DF) then ; (8) end (9) if ((τs j ≤ τth ) and (βs j ≥ βreq )) then (r) Đọc thông tin BPD từ S đến I (Bsi ) gói RREQ; (10) (h) (h) (r) (11) Đọc thông tin BPD từ I đến D (Bid ) RC I; (12) Bsd = − (1 − Bsi )(1 − Bid ); Tạo gói RREP, lưu Bsd vào gói RREP; (13) (r) (r) (r) else Tìm tập Qi theo Thuật toán 3.1; (14) (15) (r) end 3.3.2.3 Cải tiến chế lựa chọn lộ trình nút nguồn Với chế xử lý gói RREQ RREP cải tiến Phần 3.3.2.2, lộ trình tìm thấy lộ trình ln thỏa mãn ràng buộc QoT Vấn đề lại thuật tốn LBRQT chọn lộ trình cân tải Điều thực nút nguồn Theo nguyên lý thuật tốn LBRQT, tiêu chí để lựa chọn lộ trình cực tiểu hóa BPD theo hàm mục tiêu (3.19) Vì vậy, nhận gói RREP, nút nguồn lựa chọn lộ trình có giá trị BPD gói RREP nhỏ 13 D 3.4 Nguyên lý hoạt động thuật toán LBRQT Nút trung gian Nút nguồn S tạo gói RREQ Bắt đầu I=S Sai I=J Qi  Đúng I phát quảng bá gói RREQ đến tất nút J  Qi Sai Sai Loại Sai bỏ gói RREQ NRREP > Đúng Đúng Kết thúc Sai Qi  Gói RREP tạo Đúng I phát quảng bá gói RREQ đến tất nút J  Qi S nhận gói RREP Gửi gói RREP S Dự đoán độ đo QoT hiệu theo Thuật toán 3.2 Đúng NRREP = NRREP + Đúng RC I có lộ trình đến D Xác định tập Qi theo Thuật toán 3.1 (NRREP = K) OR Sai (Twait > Timeout) Sai S chọn lộ trình có BPD nhỏ D Tạo gói RREP I chưa nhận gói RREQ Sai Tăng Twait theo đồng hồ thời gian Đúng Đúng I nút đích (D) NRREP = 0; Twait = 0; Từ chối yêu cầu khơng tìm lộ trình Nút đích Với nút J  Qi Xác định tập Qi theo Thuật toán 3.1 Gửi gói RREQ S Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán định tuyến LBRQT 3.5 Áp dụng cho giao thức AODV 3.5.1 Đặt vấn đề Kết nghiên cứu Chương cho thấy rằng, với nguyên lý khám phá lộ trình giao thức AODV, tồn số trường hợp mà lộ trình tìm khơng không thỏa mãn ràng buộc QoT Để giải vấn đề này, tác giả áp dụng giải thuật toán LBRQT để cải tiến chế khám phá lộ trình giao thức AODV [16], nhằm tìm lộ trình cân tải, đồng thời thỏa mãn ràng buộc QoT Thuật toán cải tiến đặt tên LBRQT-AODV Đề xuất tác giả công bố [B2]1 3.5.2 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ RREP 32 bits (1) (2) (3) (4) (5) (6) Type 32 bits (8) (9) J R G D U Reversed CF Hop Count (10) (a) (7) RREQ ID (11) Destination IP Address (12) Destination Sequence Number (b) (1) (2) (3) (4) (5) (6) Type J R Reversed Prefix Hop Count (7) Destination IP Address (8) Destination Sequence Number Originator IP Address (13) Source IP Address (9) (14) Source Sequence Number (10) Reversed (15) BP (16) QoT (17) EED Lifetime Reversed (11) BP Hình 3.11 Các gói (a) RREQ (b) RREP thuật toán LBRQT-AODV Journal of Communications, Vol.13, No.7, 2018, pp 338-349 (SCOPUS) 14 3.5.3 Thuật toán định tuyến LBRQT-AODV Thuật toán 3.3: Thuật toán định tuyến LBRQT-AODV nút nguồn (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) S tạo gói RREQ; SA xác định tập Qs theo Thuật toán 3.1; if (Qi = 0) / then Phát gói quảng bá gói RREQ đến nút thuộc tập Qs ; Chờ đến nhận K gói RREP hết thời gian chờ cho phép; if (Số gói RREP nhận > 0) then Chọn lộ trình có giá trị trường BP gói RREP nhỏ để cập nhật vào RC S; else Từ chối yêu cầu khám phá lộ trình; end else Từ chối yêu cầu khám phá lộ trình; end Thuật toán 3.4: Thuật toán LBQT-AODV nút trung gian nút đích (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) Nút I nhận gói RREQ; if (I nút trung gian) then if (I chưa nhận gói RREQ trước đó) then Cập nhật đường ngược S vào RC I; if (RC I khơng có lộ trình khả dụng đến D) then SA xác định tập Qi theo Thuật toán 3.1; if (Qi = 0) / then Phát quảng bá gói RREQ đến nút thuộc tập Qs ; else Loại bỏ gói RREQ, kết thúc xử lý gói RREQ vừa nhận; end else if (DSN lộ trình I → D lớn DSN gói RREQ) then SA dự đốn QoT, EED BPD theo lộ trình S → I nối với I → D theo Thuật tốn 3.2; if (Gói RREP tạo) then Gửi gói RREP S theo đường ngược; else Thực bước đến 11; end else Thực bước đến 11; end end else Loại bỏ gói RREQ, kết thúc tiến trình xử lý gói RREQ vừa nhận; end else Cập nhật đường ngược S vào RC I; Tạo gói RREP, gửi gói RREP S theo đường ngược; end 15 3.6 Áp dụng cho giao thức DSR 3.6.1 Đặt vấn đề Theo kết nghiên cứu Chương 2, việc khám phá lộ trình theo giao thức DSR tồn số trường hợp lộ trình tìm không đảm bảo QoT Để giải vấn đề này, tác giả áp dụng thuật toán LBRQT để cải tiến chế khám phá lộ trình giao thức DSR Thuật toán cải tiến đặt tên LBRQT-DSR 3.6.2 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ RREP Gói RREQ RREP thuật toán LBRQT-DSR chỉnh sửa Hình 3.12 3.6.3 Thuật tốn định tuyến LBRQT-DSR Thuật tốn 3.5: (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) Thuật toán LBRQT-DSR S tạo gói RREQ; I ← S; NRREP = 0; repeat Xác định tập Qi theo Thuật toán 3.1 (Chương 2); Phát gói quảng bá gói RREQ đến nút J thuộc tập Qi ; if (Trước J chưa nhận gói RREQ này) then Thêm ghi vào RC J chứa lộ trình ngược S; if (J chưa phải nút đích (nút D)) then if (RC J khơng có lộ trình đến D) then Cập nhật đường ngược S vào RC J; Cập nhật lộ trình từ S đến J gói RREQ; I ← J; else SA J dự đoán QoT, EED BPD theo lộ trình S → I nối với I → D theo Thuật toán 3.2 (Chương 2); if (Gói RREP tạo) then Nối lộ trình S → J với lộ trình J → D; NRREP ← NRREP + 1; Gửi RREP S theo đường ngược; else Cập nhật đường ngược S RC J; Cập nhật lộ trình từ S đến J gói RREQ; I ← J; end end else Tạo gói RREP; Cập nhật lộ trình S → D vào gói RREP; NRREP ← NRREP + 1; Gửi gói RREP S theo đường ngược; end else Xóa gói RREQ; Kết thúc tiến trình xử lý gói RREQ vừa nhận; end until (NRREP = K) or (Quá thời gian chờ); if (NRREP > 0) then Nút S chọn lộ trình có giá trị BPD gói RREP nhỏ nhất; else Từ chối yêu cầu khám phá lộ trình từ S đến D; end 16 Opt type (*) Opt Data Length (*) Identification (*) Target Address (*) Address [1] (*) Address [2] (*) (a) … (*) Address [n] (*) Reserved BP (**) QoT (**) E2E (**) (b) Opt type (*) Opt Data Len (*) Last Hop Ext (*) Reserved (*) Address [1] (*) Address [2] (*) Address [3] (*) … (*) Address [n] (*) Reserved BP (**) Hình 3.12 Các gói (a) RREQ (b) RRREP thuật tốn LBRQT-DSR 3.7 Mơ phân tích kết 3.7.1 Xây dựng kịch mơ Thuật tốn LBRQT-AODV LBRQT-DSR đánh giá mô OMNeT++ [10], so sánh với thuật toán AODV [16], DSR [22] DSRSNR [24] Kịch mô thiết lập Phần 2.5.1, chương 3.7.2 Kết mô thuật tốn LBRQT-AODV Hình 3.13 so sánh SNR lộ trình sử dụng thuật tốn AODV LBRQTAODV trường hợp tô-pô 50 nút, tốc độ di chuyển trung bình 10 m/s Ta thấy rằng, có nhiều lộ trình khơng thỏa Hình 3.13 So sánh SNR thuật toán (a) AODV mãn ràng buộc QoT Với thuật (b) LBRQT-AODV toán LBRQT-AODV, SNR cải thiện Hầu hết SNR lớn ngưỡng yêu cầu tối thiểu (23.5 dB) 0.05 AODV LBRQT-AODV 0.04 BPD 0.03 Về mặt thơng lượng, thuật tốn LBRQTAODV mang lại hiệu cao thuật toán AODV Điều thể rõ Hình 3.18, tương ứng với trường hợp tổng số nút 17 0.02 0.01 0.00 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 Tải lưu lượng (Erlang) Hình 3.17 So sánh BPD thuật tốn AODV LBRQT-AODV 76E+6 74E+6 Thơng lượng (bit/s) Vì SNR thuật toán LBRQT-AODV cải thiện, nên BPD giảm cho thấy Hình 3.17 Kết mơ tơpơ 40 nút, tốc độ di chuyển trung bình nút m/s Khi tải lưu lượng 0.6 Erlang, BPD thuật toán AODV 0.0136 Trong đó, giá trị thuật tốn LBRQT-AODV 0.0091 Như vậy, BPD LBRQT-AODV giảm 33.21% so với AODV 72E+6 70E+6 68E+6 66E+6 LBRQT-AODV 64E+6 AODV 62E+6 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Thời gian mơ (s) Hình 3.18 Thơng lượng thuật toán AODV LBRQT-AODV 40, tốc độ di chuyển m/s Thơng lượng trung bình thuật toán AODV LBRQT-AODV tương ứng 69.85 71.55 Mbit/s Như vậy, so với thuật tốn AODV, thơng lượng thuật toán LBRQT-AODV tăng 1.7 Mbit/s 3.7.3 Kết mơ thuật tốn LBRQT-DSR Hình 3.20 cho thấy SNR nhỏ lộ trình tồn mạng Với thuật toán DSR, SNR lớn SNR yêu cầu tổng số nút mạng nhỏ 30 Tuy nhiên, tổng số nút mạng lớn 30 SNR nhỏ SNR yêu cầu Với thuật toán LBRQT-DSR, SNR cải thiện, lớn SNR yêu cầu dù tổng số nút mạng lớn Về BPD, sử dụng thuật toán LBRQT-DSR, BPD cải thiện so với thuật tốn DSR (Hình 3.23) BPD thuật tốn LBRQT-DSR giảm trung bình 51.79% so với DSR 3.8 Kết luận chương Giá trị yêu cầu DSR SNR nhỏ (dB) 25.00 LBRQT-DSR 24.00 23.00 22.00 21.00 20 25 30 35 40 45 50 Tổng số nút mạng Hình 3.20 SNR nhỏ thuật toán LBRQT-DSR DSR 72E+6 0.07 DSR 0.06 70E+6 LBRQT-DSR Thông lượng (bit/s) 0.05 BPD Về mặt thơng lượng, thuật tốn LBRQT-DSR ln đạt thơng lượng cao thuật tốn DSR (Hình 3.26) thuật tốn LBRQT-DSR mang lại thơng lượng cao thuật tốn DSR trung bình 2.99 Mbit/s 26.00 0.04 0.03 0.02 0.01 68E+6 66E+6 64E+6 62E+6 LBRQT-DSR DSR 0.00 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 Tải lưu lượng (Erlang) Hình 3.23 BPD thuật toán LBRQT-DSR DSR 60E+6 50 100 150 200 250 300 Thời gian mô (s) Hình 3.26 Thơng lượng thuật tốn LBRQT-DSR DSR Chương trình bày thuật tốn định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn (LBRQT), đề xuất cho mạng MANET Thuật toán LBRQT cho phép tìm lộ trình thỏa mãn ràng buộc QoT, đồng thời cân tải lưu lượng tất kết nối mạng Thuật toán LBRQT áp dụng để cải tiến giao thức định tuyến AODV (LBRQT-AODV) DSR (LBRQT-DSR) Kết mô OMNeT++ cho thấy rằng, thuật toán LBRQT-AODV LBRQT-DSR tìm lộ trình thỏa mãn ràng buộc QoT, nên QoT lộ trình truyền liệu ln đảm bảo Ngồi ra, lộ trình chọn theo tiêu chí cân tải Vì vậy, giảm thiểu tình trạng nghẽn cục mạng Vì vậy, hiệu mạng cải thiện so với thuật toán DSR AODV, đặc biệt trường hợp hệ thống mạng có vùng diện tích rộng, mật độ nút cao 18 CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN DỰA TRÊN THÔNG TIN ĐỊNH TUYẾN CỦA NÚT NGUỒN Nội dung chương trình thuật tốn định tuyến cân tải đảm bảo QoT đề xuất cho mạng MANET Lộ trình cân tải chọn dựa thơng tin định tuyến lưu trữ nhớ nút nguồn Thuật toán đề xuất đặt tên SLBQT-DSR (Source-based Load Balancing ensuring QoT based on DSR) 4.1 Ý tưởng đề xuất thuật tốn 4.1.1 Chọn lộ trình cân tải Đặc trưng giao thức định tuyến DSR RC nút lưu trữ đầy đủ thơng tin lộ trình từ nguồn đến đích Vì vậy, nút mạng xác định tải lưu lượng từ phân phối đến tất kết nối mạng dựa thơng tin lộ trình RC Vì vậy, nhận gói RREP, dựa thơng tin định tuyến RC thời điểm xét, nút nguồn lựa chọn lộ trình cho tải lưu lượng phân phối đến tất kết nối cân Đây ý tưởng lựa chọn lộ trình cân tải thuật toán định tuyến SLBQT-DSR 4.1.2 Xác định điều kiện ràng buộc QoT Để đảm bảo QoT Dự đoán SNR EED từ S nút J  NI lộ trình tìm thuật N toán định tuyến SLBQT-DSR, điều kiện ràng buộc S L RC I khơng có lộ trình đến D QoT phải xác định RREQ trình khám phá lộ trình Ý M A I tưởng xác định điều kiện RC nút I có lộ trình đến D ràng buộc QoT thuật K toán SLBQT-DSR minh Tập Q họa Hình 4.1 Khi Tập N D Dự đoán SNR EED từ S đến D nút trung gian (nút I) nhận theo lộ trình S  I nối với I  D gói RREQ yêu cầu khám phá lộ trình từ Hình 4.1 Mơ hình xác định điều kiện ràng buộc QoT nút nguồn (S) đến nút đích thuật tốn SLBQT-DSR (D) Trong trường hợp thông tin định tuyến nhớ I khơng có lộ trình đến D, SA I dự đốn thơng tin QoT từ S đến tất nút láng giềng I (các nút tập NI ) Sau đó, gói RREQ phát quảng bá đến nút láng giềng I thỏa mãn I I 19 điều kiện ràng buộc QoT cho trước (các nút tập QI ) Trong trường hợp thông tin định tuyến nhớ nút I có lộ trình đến D, thay gửi gói phản hồi RREP nút nguồn thuật toán DSR, SA I dự đoán thông tin QoT từ nút S đến nút D dọc theo lộ trình S → I nối với I → D Nếu ràng buộc QoT cho trước thỏa mãn, nút I gửi phản hồi gói RREP nguồn Ngược lại, trình khám phá lộ trình tiếp tục thực trường hợp thông tin định tuyến nhớ nút I khơng có lộ trình đến D Với nguyên lý này, lộ trình tìm thấy ln ln thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT Nguyên lý dự đoán tham số QoT nút I SA thực dựa mơ hình xun lớp trình bày Phần 3.3.2.1 Chương 4.2 Mơ hình giải tích thuật tốn SLBQT-DSR Để mơ hình hóa thuật tốn SLBQT-DSR thành mơ hình giải tích, tác giả định nghĩa số ký hiệu toán học sau: (sx) Gọi Nsx = ni j n×n ma trận biểu diễn kết nối chọn cho lộ trình (sx) từ nút S đến nút X (rsd ), đó, phần tử ni j xác định bởi: (sx) ni j = Nếu lộ trình rsx qua kết nối ci j Ngược lại (4.1) (s) Gọi ρsx tải lưu lượng yêu cầu từ S đến X, Fs = fi j n×n ma trận biểu diễn tải lưu lượng từ S phân phối đến tất kết nối Khi đó, Fs xác định bởi: (s) Fs = fi j m|x=s = n×n ∑ ρsx Nsx (4.2) x=1 Xét trường hợp nút S cần khám phá lộ trình đến nút D Thuật tốn SLBQT-DSR phát quảng bá gói RREQ để tìm K lộ trình thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED K lộ trình biểu diễn ma trận (k) (sdk) (sdk) Nsd = ni j , đó, phần tử ni j xác định theo (4.1) n×n Để biểu diễn lộ trình cân tải chọn số K lộ trình khả dụng, tác (k) giả định nghĩa biến xsd sau: (k) xsd = Nếu lộ trình thứ k chọn Ngược lại (4.3) đó, ma trận biểu diễn tải lưu lượng từ nút S phân phối đến tất kết nối 20 mạng thay đổi thành: (s) Fs = fi j K = Fs + ρsd n×n (k) (k) (4.4) ∑ xsd Nsd k=1 (s) Từ (4.4) ta có phần tử fi j ma trận Fs xác định bởi: (s) K (s) fi j = fi j + ρsd (k) (k) (4.5) ∑ xsd nsd k=1 Sau xác định ma trận Fs , thuật tốn định tuyến SLBQT-DSR mơ hình hóa thành tốn quy hoạch tuyến tính ngun (ILP) sau đây: (s) (4.6) max fi j (s) ∀ fi j ∈Fs với điều kiện ràng buộc: (k) (k) xsd (xsd − 1) = K (4.7) (k) ∑ xsd =1 (4.8) k=1 (k) đó, (4.7) ràng buộc nhị phân theo định nghĩa biến xsd (4.3) (4.8) ràng buộc lựa chọn lộ trình 4.3 Thực thi thuật tốn SLBQT-DSR 4.3.1 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ Opt type Opt Data Length Identification Target Address Address [1] Address [2] … Address [n] Reserved QoT EED Trong thuật toán SLBQT-DSR, tác giả sử dụng gói RREQ để trao đổi thơng tin QoT EED nút Cấu trúc gói RREQ cho thấy Hình Hình 4.3 Cấu trúc(a)gói RREQ thuật 4.4 Gói RREQ chỉnh sửa từ gói toán SLBQT-DSR RREQ giao thức DSR cách thêm vào trường QoT EED để lưu trữ giá trị chất lượng truyền dẫn thời gian trễ, dùng cho việc xác định ràng buộc trình khám phá lộ trình 4.3.2 Lưu đồ thuật tốn SLBQT-DSR Ngun lý khám phá lộ trình thuật toán định tuyến SLBQT-DSR thực theo lưu đồ Hình 4.4 Các ràng buộc QoT xác định bước (3) đến (5) nút nguồn, bước (11) đến (16) nút trung gian, đó, việc xác định tập Qi tập nút láng giềng nút I thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT thực theo Thuật toán 3.1 Chương Khi nút nguồn nhận K gói RREP kết khám phá lộ trình, nghĩa thuật tốn SLBQT-DSR tìm K lộ trình thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT, thuật toán SLBQT-DSR lựa chọn số K lộ trình khả dụng cho tải lưu lượng 21 Opt typ phân bố cân đến tất kết nối mạng Công việc thực bước (27) nút nguồn, theo Thuật toán 4.1 (1) (2) (30) Bắt đầu S tạo gói RREQ Kết thúc (3) Cập nhật lộ trình (28) vào bảng định tuyến S (29) Xác định tập tập Qs theo Thuật toán 3.1 Từ chối u cầu khơng tìm lộ trình S lựa chọn lộ trình cân tải theo (27) Thuật toán 4.1 Đúng Sai (26) Nrrep > Sai Nút nguồn Qi #  (4) Sai (24) Tăng Twait theo đồng hồ thời gian S phát quảng bá gói RREQ (5) đến tất nút I  Qs Nrrep = 0; (23) Twait = 0; Đúng (25) Đúng (Nrrep = K) OR (Twait > Timeout) (21) Nrrep = Nrrep+1 Nút trung gian (6) Nút I nhận gói RREQ (7) (22) Sai I nút trung gian? Đúng (19) (8) Cập nhận thông tin đường ngược S vào RC I I chưa nhận gói RREQ trước đó? Sai S nhận gói RREP (20) Đúng Tạo gói RREP gửi phản hồi S theo lộ trình ngược (9) Cập nhận thông tin đường ngược S vào RC I (15) Đúng SA I dự đoán SNR EED từ S đến D theo lộ trình S → I nối với I → D RC I có lộ trình đến D? (10) Sai (16) Xác định tập tập Qi (11) theo Thuật toán 3.1 Sai (12) Loại bỏ gói RREQ Sai Qi #  SNR EED thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT? Đúng (13) Đúng (17) I phát quảng bá gói RREQ (14) đến tất nút J  Qi Kết thúc tiến trình xử lý gói RREQ vừa nhận Tạo gói RREP gửi phản hồi S theo lộ trình ngược (18) Hình 4.4 Lưu đồ thuật tốn định tuyến SLBQT-DSR 22 Nút đích Thuật tốn 4.1: Chọn lộ trình cân tải nút nguồn (1) Dựa thông tin bảng định tuyến nút S, xây dựng ma trận phân phối lưu lượng (2) Fs = fi j n×n theo (4.2); Dựa thơng tin K lộ trình khả dụng, xây dựng ma trận phân phối lưu lượng (s) (s) (3) (4) (5) (6) Fs = fi j n×n theo (4.4); Xây dựng tốn ILP theo hàm mục tiêu (4.6) với ràng buộc (4.7) (4.8); Giải tốn ILP; Chọn lộ trình cân tải dựa kết giải toán ILP; Cập nhật thơng tin lộ trình vào bảng định tuyến S; 4.4 Mơ phân tích kết 4.4.1 Kịch mô Hiệu thực thi thuật tốn SLBQT-DSR đánh giá mơ OMNeT++ [10] Thuật toán SLBQT-DSR so sánh với thuật tốn khám phá lộ trình giao thức DSR [22] Mô thực nhiều kịch khác với tham số kỹ thuật thiết lập Bảng 2.5 Chương 26.00 4.4.2 Kết mô Giá trị yêu cầu DSR Kết Hình 4.5 cho thấy SNR nhỏ thuật tốn SLBQT-DSR DSR Với thuật toán DSR, SNR lớn SNR yêu cầu tổng số nút nhỏ 30 Với thuật tốn RLBQT-DSR, SNR ln lớn SNR yêu cầu cho dù tổng số nút mạng lớn Vì SNR tăng, nên BPD toàn mạng giảm cho thấy Hình 4.8 Với thuật tốn SLBQT-DSR, BPD giảm trung bình 46.77% so với thuật tốn DSR SNR nhỏ (dB) 25.00 SLBQT-DSR 24.00 23.00 22.00 21.00 20 25 30 35 40 45 50 Tổng số nút mạng Hình 4.5 So sánh SNR thuật toán SLBQT-DSR DSR 0.07 74.0E+6 DSR 0.06 72.0E+6 SLBQT-DSR 70.0E+6 Thông lượng (bit/s) BPD 0.05 0.04 0.03 0.02 68.0E+6 66.0E+6 64.0E+6 62.0E+6 60.0E+6 SLBQT-DSR 0.01 58.0E+6 0.00 56.0E+6 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 DSR 50 100 150 200 250 300 350 400 Thời gian mô (s) Tải lưu lượng (Erlang) Hình 4.8 So sánh BPD thuật tốn SLBQT-DSR DSR Hình 4.11 So sánh thơng lượng thuật tốn SLBQT-DSR DSR 23 Về mặt thơng lượng, PBD thuật tốn SLBQT-DSR giảm so với thuật tốn DSR, nên thơng lượng tăng lên Điều thể Hình 4.11 Với thuật tốn DSR, thơng lượng trung bình 65.482 Mbit/s, thơng lượng trung bình thuật tốn SLBQT-DSR 67.385 Mbit/s Như vậy, so với thuật tốn DSR, thơng lượng thuật tốn SLBQT-DSR tăng trung bình gần 1.903 Mbit/s 4.5 Kết luận chương Trong chương này, tác giả trình bày thuật tốn định tuyến cân tải đảm bảo QoT (SLBQT-DSR) đề xuất cho mạng MANET Thuật tốn SLBQTDSR cho phép tìm lộ trình thỏa mãn ràng buộc QoT EED, đồng thời cân tải lưu lượng tất kết nối tồn mạng Kết mơ chứng minh rằng, thuật toán SLBQT-DSR mang lại hiệu mạng tốt so với thuật toán DSR Kết luận đóng góp luận án Luận án có số đóng góp sau: Đề xuất phương pháp xác định điều kiện ràng buộc QoT dựa mơ hình xun lớp, sử dụng cho chế khám phá lộ trình giao thức định tuyến theo yêu cầu mạng MANET Đề xuất thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo QoT dựa tải lưu lượng phân phối đến lộ trình (LBRQT) cho mạng MANET Đề xuất thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo QoT dựa thông tin định tuyến lưu trữ nhớ nút nguồn (SLBQT-DSR) cho mạng MANET Hướng phát triển đề tài luận án Nghiên cứu mặt phẳng điều khiển tích hợp lớp vật lý lớp mạng để thực thi giao thức định tuyến ràng buộc QoT, sử dụng công nghệ SDN Nghiên cứu giao thức định tuyến mạng MANET đa kênh, đa sóng mang có xét đến ràng buộc ảnh hưởng hiệu ứng vật lý Nghiên cứu để đánh giá thêm độ đo độ trễ định tuyến, chi phí định tuyến số độ đo khác thuật toán đề xuất luận án Nghiên cứu áp dụng mơ hình sinh lưu lượng mới, theo xu hướng lưu lượng dịch vụ đa phương tiện, lưu lượng thời đại IoT để đánh giá hiệu cân tải thuật tốn định tuyến đề xuất 24 Các cơng trình cơng bố liên quan đến đề tài luận án [B1] Le Huu Binh, Vo Thanh Tu and Nguyen Van Tam, “SLBQT-DSR: Sourcebased Load Balancing Routing Algorithm under Constraints of Quality of Transmision for MANET”, Journal of Computer Science and Cybernetics, Vol.34, No.3, 2018, pp 265-282 [B2] Le Huu Binh, Vo Thanh Tu, “QTA-AODV: An Improved Routing Algorithm to Guarantee Quality of Transmission for Mobile Ad Hoc Networks using Cross-Layer Model”, Journal of Communications, Vol 13, No 7, 2018, pp.338-349 (SCOPUS) [B3] Lê Hữu Bình, Võ Thanh Tú, Nguyễn Văn Tam, “Khảo sát ảnh hưởng hiệu ứng vật lý kỹ thuật định tuyến QoT mạng MANET”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ XXI: Một số vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin truyền thơng, Thanh Hóa, 27-28/7/2018, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2018, trang 162-169 [B4] Le Huu Binh, Vo Thanh Tu, Nguyen Van Tam, “Quality of Transmission Aware Routing in Adhoc networks based on Cross-Layer Model combined with the Static Agent”, Journal of Computer Science and Cybernetics, Vol.32, No.4, 2016, pp 351-366 [B5] Lê Hữu Bình, Võ Thanh Tú, Nguyễn Văn Tam, “Một phương pháp phân tích hiệu mạng Adhoc sử dụng mơ hình giải tích”, Kỷ yếu Hội thảo Khoa học Quốc gia lần thứ X Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin - FAIR’10, Đà Nẵng, 17-18/08/2017, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2017, trang 577-584 [B6] Lê Hữu Bình, Nguyễn Đăng Khoa, Nguyễn Đình Hồng Phương, “Thiết kế tơpơ mạng khơng dây hình lưới: Một phương pháp sử dụng toán quy hoạch tuyến tính ngun”, Tạp chí Cơng nghệ Thơng tin Truyền thơng - Chun san Cơng trình Nghiên cứu, Phát triển Ứng dụng Công nghệ thông tin Truyền thông, Tập V-3, Số 18 (38), 2017, trang 58-66 [B7] Lê Hữu Bình, Võ Thanh Tú, Nguyễn Văn Tam, “Một thuật toán định tuyến xuyên lớp đảm bảo QoT mạng MANET”, Kỷ yếu Hội thảo Khoa học Quốc gia lần thứ IX Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin - FAIR’9, Cần Thơ, 04-05/08/2016, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2016, trang 480-487 [B8] Lê Hữu Bình, Võ Thanh Tú, “Đánh giá ảnh hưởng nhiễu truyền dẫn mạng MANET dựa giao thức định tuyến theo yêu cầu”, Kỷ yếu Hội nghị FAIR’8, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2015, trang 111-118 ... đánh giá chất lượng truyền dẫn mạng MANET sử dụng giao thức định tuyến theo yêu cầu cân tải Chương đề xuất thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa tải lưu lượng qua lộ trình... QoT lộ trình sử dụng giao thức định tuyến cân tải 2.4.1 Nguyên lý kỹ thuật định tuyến cân tải Định tuyến cân tải kỹ thuật định tuyến mà tiêu chí lựa chọn lộ trình phân phối tải lưu lượng đồng tất... CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN DỰA TRÊN THÔNG TIN ĐỊNH TUYẾN CỦA NÚT NGUỒN Nội dung chương trình thuật toán định tuyến cân tải đảm bảo QoT đề xuất cho mạng MANET