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

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI - 2019 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIÊN KHOA HỌC VÀ CÔNG 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 LUẬN ÁN TIẾN SỸ CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Chun ngành: Hệ thống thơng tin Mã số: 48 01 04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Võ Thanh Tú PGS.TS Nguyễn Văn Tam HÀ NỘI - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ với tiêu đề "Nâng cao hiệu mạng MANET sử dụng kỹ thuật định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn" cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Võ Thanh Tú PGS.TS Nguyễn Văn Tam, trừ kiến thức tham khảo từ tài liệu rõ Các kết quả, số liệu trình bày luận án trung thực, phần cơng bố Tạp chí Kỷ yếu Hội thảo khoa học chuyên ngành (danh mục cơng trình cơng bố tác giả trình bày cuối Luận án), phần lại chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 17 tháng 11 năm 2019 Tác giả Lê Hữu Bình ii LỜI CẢM ƠN Luận án thực Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nghiên cứu sinh (NCS) xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ Thanh Tú, người tận tình hướng dẫn, định hướng cho trình nghiên cứu thực luận án, cung cấp kiến thức quý báu chuyên môn lẫn phương pháp nghiên cứu, phương pháp viết báo, báo cáo kỹ thuật, giúp cho NCS có đủ điều kiện hồn thành q trình học tập, nghiên cứu thực luận án NCS xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Văn Tam, người tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho Nghiên cứu sinh suốt trình học tập, nghiên cứu, thực Luận án Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam NCS xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp quý báu qua buổi seminar định kỳ hàng tháng q Thầy Cơ, chun gia, NCS nhóm nghiên cứu Công nghệ mạng Truyền thông Viện Công nghệ thông tin NCS xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy Cô Hội đồng đánh giá luận án cấp sở, ý kiến góp ý Phản biện, Thành viên hội đồng cho việc chỉnh sửa, hoàn thiện luận án sau bảo vệ cấp sở NCS xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Công nghệ thông tin, Phòng Tin học Viễn thơng tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu thực Luận án NCS xin chân thành Cảm ơn Ban giám hiệu Phòng ban liên quan Trường Cao đẳng công nghiệp Huế, đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành đề tài nghiên cứu Cuối biết ơn sâu sắc tới gia đình ln chia sẻ, cảm thông cho chuỗi ngày dài miệt mài học tập, nghiên cứu để có kết ngày hôm iii iv MỤC LỤC Trang phụ bìa i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn .iii Danh mục cụm từ viết tắt viii Danh mục hình x Danh mục bảng xv MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu .3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 Nội dung phương pháp nghiên cứu Các kết nghiên cứu cần đạt Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MANET VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG 1.1 Những vấn đề mạng MANET 1.1.1 Nguyên lý 1.1.2 Đặc điểm 10 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu mạng MANET 11 1.2 Định tuyến mạng MANET 12 1.2.1 Tổng quan 12 1.2.2 Phân loại 13 1.3 Tình hình nghiên cứu định tuyến mạng MANET 15 1.3.1 Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) 16 1.3.2 Định tuyến đảm bảo chất lượng truyền dẫn (QoT) 16 1.3.3 Định tuyến cân tải .19 1.3.4 Một số nhận xét đánh giá .21 1.4 Những đóng góp luận án 22 1.5 Kết luận chương 23 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 24 2.1 Các hiệu ứng vật lý xảy lộ trình truyền liệu 24 2.1.1 Các yếu tố kỹ thuật liên quan 24 2.1.2 Suy hao công suất qua môi trường dẫn 25 2.1.3 Nhiễu tích lũy đường truyền 27 2.2 Hiệu mạng MANET 29 2.2.1 Xác suất chặn gói liệu 29 2.2.2 Thời gian trễ 29 2.2.3 Tỷ lệ tín hiệu nhiễu .30 2.2.4 Tỷ lệ lỗi bit 33 2.2.5 Một số kết tính tốn thảo luận 34 2.3 Chất lượng truyền dẫn lộ trình sử dụng giao thức định tuyến theo yêu cầu 39 2.3.1 Nguyên lý giao thức định tuyến theo yêu cầu 40 2.3.2 Chất lượng truyền dẫn lộ trình .44 2.4 Chất lượng truyền dẫn lộ trình sử dụng giao thức định tuyến cân tải 46 2.4.1 Nguyên lý kỹ thuật định tuyến cân tải 46 2.4.2 Các phương pháp định tuyến cân 46 2.4.3 Chất lượng truyền dẫn lộ trình .48 2.5 Đánh giá chất lượng truyền dẫn hiệu mạng thông qua mô 49 2.5.1 Kịch mô 49 2.5.2 Trường hợp sử dụng giao thức DSR 53 2.5.3 Trường hợp sử dụng giao thức AODV 59 v 2.6 Kết luận chương 62 CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN DỰA TRÊN TẢI LƯU LƯỢNG QUA MỖI LỘ TRÌNH 64 3.1 Đặt vấn đề 64 3.2 Cơ sở lý thuyết liên quan 67 3.2.1 Phân tích xác suất chặn gói liệu dựa lý thuyết hàng đợi .67 3.2.2 Phân tích thời gian trễ dựa lý thuyết hàng đợi .69 3.3 Ý tưởng đề xuất thuật toán 70 3.3.1 Mơ hình giải tích thuật tốn 70 3.3.2 Ý tưởng thực thi thuật tốn mơ hình xun lớp 73 3.4 Nguyên lý hoạt động thuật toán 79 3.5 Áp dụng cho giao thức AODV 84 3.5.1 Đặt vấn đề 84 3.5.2 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ RREP .85 3.5.3 Thuật toán định tuyến LBRQT-AODV 86 3.6 Áp dụng cho giao thức DSR 88 3.6.1 Đặt vấn đề 88 3.6.2 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ RREP .89 3.6.3 Thuật toán định tuyến LBRQT-DSR 90 3.7 Mơ phân tích kết 92 3.7.1 Xây dựng kịch mô 92 3.7.2 Kết mô thuật tốn LBRQT-AODV 92 3.7.3 Kết mơ thuật toán LBRQT-DSR 97 3.7.4 So sánh thuật toán đề xuất với cơng trình nghiên cứu liên quan .105 3.8 Kết luận chương 107 vi CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN DỰA TRÊN THÔNG TIN ĐỊNH TUYẾN CỦA NÚT NGUỒN 109 4.1 Ý tưởng đề xuất thuật toán 109 4.1.1 Chọn lộ trình cân tải 109 4.1.2 Xác định điều kiện ràng buộc QoT .110 4.2 Mơ hình giải tích thuật tốn 111 4.2.1 Xây dựng hàm mục tiêu điều kiện ràng buộc 111 4.2.2 Ví dụ minh họa 112 4.3 Thực thi thuật toán SLBQT-DSR 116 4.3.1 Chỉnh sửa khn dạng gói RREQ .116 4.3.2 Lưu đồ thuật toán SLBQT-DSR 116 4.4 Mô phân tích kết 118 4.4.1 Kịch mô 118 4.4.2 Kết mô 119 4.4.3 So sánh thuật tốn đề xuất với cơng trình nghiên cứu liên quan 125 4.5 Đánh giá ưu nhược điểm thuật toán đề xuất .128 4.5.1 Ưu điểm .128 4.5.2 Nhược điểm .128 4.6 Kết luận chương 129 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN 130 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 132 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 PHỤ LỤC A TÍNH TỐN CHI TIẾT VÍ DỤ MINH HỌA NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THUẬT TOÁN LBRQT P1 PHỤ LỤC B MÃ NGUỒN CỦA MỘT SỐ MODULE CƠ BẢN TRONG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG TRÊN OMNET++ P14 vii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt AF AODV Amplify and Forward Ad hoc On-Demand Distance Khuếch đại chuyển tiếp Định tuyến vector khoảng cách ARA Vector Ant colony based Routing theo yêu cầu Định tuyến dựa thuật toán tối ASK Algorithm Amplitude Shift Keying ưu đàn kiến Điều chế khóa dịch biên độ BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi BPD Blocking Probability of Data Xác suất chặn gói liệu BPSK packets Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha hai mức CBRP Cluster-Based Routing Protocol Định tuyến dựa cụm CCK Complementary Code Keying Điều chế khóa mã bù DDR Distributed Dynamic Routing Định tuyến động phân tán DF Decode and Forward Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp DPSK Differential Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha vi sai DSDV Destination Sequenced Distance Giao thức vector khoảng DSN Vector Destination Sequence Number theo thứ tự đến đích Số thứ tự đích DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động EED End to End Delay Thời gian trễ từ nguồn đến đích ERPN Efficient Routing Protocol under Giao thức định tuyến hiệu FEC Noisy Environment Forward Error Correction môi trường nhiễu Kỹ thuật sửa lỗi phía trước FMLB Fibonacci Multipath Load Cân tải đa đường dựa FSK Balancing Frequency Shift Keying dãy Fibonacci Điều chế khóa dịch tần số FSR Fisheye State Routing Giao thức định tuyến trạng HSR Hierarchical State Routing Fisheye Định tuyến trạng thái phân cấp IARM Interference Aware Routing Độ đo định tuyến phản ánh nhiễu IoT Metric Internet of Things Internet vạn vật LAR Location Aided Routing Định tuyến hỗ trợ vị trí LBRQT Load Balancing Routing ensuring Định tuyến cân tải đảm bảo Quality of Transmission viii chất lượng truyền dẫn cách thái Viết tắt LBRQT-DSR Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt Load Balancing ensuring Quality Định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa of Transmission based on DSR giao thức DSR Load Balancing Routing ensuring LBRQT-AODV Quality of Transmission based on AODV LMP-DSR Load balanced Multi-Path Định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa giao thức AODV Định tuyến nguồn đa đường cân LQ Dynamic Source Routing Link Quality tải Chất lượng kết nối MANET Mobile Ad hoc Network Mạng tùy biến di động MLBCC Multipath Load Balancing Kỹ thuật cân tải đa đường MRA technique for Congestion Control cho việc điều khiển tắc nghẽn Multi-level Routing Algorithm Thuật toán định tuyến đa mức OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số OLSR Multiplexing Optimized Link State Routing trực giao Giao thức định tuyến trạng PSK Phase Shift Keying liên kết tối ưu Điều chế khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu phương QoS Modulation Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoT Quality of Transmission Chất lượng truyền dẫn RREP Route Reply Packet Gói phản hồi lộ trình RREQ Route Request Packet Gói u cầu lộ trình SA Stationary Agent Tác tử tĩnh SLURP Scalable Location Updates Giao thức định tuyến cập nhật vị SNR Routing Protocol Signal to Noise Ratio trí theo bậc Tỷ lệ tín hiệu nhiễu TORA Temporally Ordered Routing Định tuyến theo thứ tự tạm thời WMN Algorithm Wireless Mesh Networks Mạng hình lưới không dây WRP Wireless Routing Protocol Giao thức định tuyến không dây WSN Wireless Sensor Networks Mạng cảm biến không dây ZHLS Zone-based Hierarchical Link Giao thức định tuyến trạng ZRP State Routing Protocol Zone Routing Protocol liên kết phân cấp theo vùng Giao thức định tuyến vùng ix thái thái PHỤ LỤC A TÍNH TỐN CHI TIẾT VÍ DỤ MINH HỌA NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THUẬT TOÁN LBRQT Trong phụ lục này, tác giả trình bày chi tiết việc tính tốn để thu số liệu Bảng 3.1, 3.2, 3.3 3.4 ví dụ khám phá lộ trình theo thuật tốn LBRQT, trình bày Phần 3.4 Theo giả thiết trình bày Phần 3.4, tơ-pơ mạng sử dụng Hình A.1, đó, giá trị ghi đầu kết nối không dây tương ứng với mật độ lưu lượng SNR kết nối thời điểm xét Ví dụ, với kết nối từ nút đến nút 2, tải lưu lượng phân phối đến kết nối 0.72, SNR 30 dB Xét trường Q2 = {3, 6} 0.92 0.61 30 Q1 = {2, 3, 4} Q2 = {7, 9} 27 0.51 0.72 32 0.69 30 0.63 0.62 0.72 29 31 0.63 Q3 = {2, 5, 7} 0.63 2732 28 0.52 28 Q7 = {6} 0.65 29 30 0.61 Q4 = {5} 32 0.70 0.67 31 Q5 = {4, 8} 0.69 Q5 = {9} Gói RREQ tiếp tục quảng bá Gói RREQ bị loại bỏ Gửi phản hồi gói RREP Hình A.1 Một ví dụ khám phá lộ trình sử dụng thuật tốn định tuyến LBRQT Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) sj (h) sj (dB) (h) (s) (h) Bsj Nút láng giềng I (nút J) P1 30.00 29.00 31.00 0.00043627 0.00043621 0.00043616 0.00039287 0.00018558 0.00002677 hợp nút muốn khám phá lộ trình đến nút để truyền liệu Giả sử thời điểm tại, nhớ tạm tất nút rỗng, tham số kỹ thuật hệ thống mạng giả lập sau: Hệ thống mạng sử dụng chuẩn 802.11g với băng thông kênh 20 MHz, tương ứng với tốc độ liệu 54 Mbit/s SNR yêu cầu tối thiểu (breq) 23.5 dB Thời gian trễ từ nguồn đến đích cho phép (tth) 0.01s Kích thước hàng đợi nút 20 gói Kích thước gói liệu trung bình 1472 bytes Quy trình khám phá lộ trình từ nút đến nút sử dụng thuật toán định tuyến LBRQT (với nguyên lý hoạt động Hình 3.9) thực theo bước sau: - Bước 1: Nút (nút nguồn) tạo quảng bá gói RREQ: Để khởi đầu trình khám phá lộ trình, nút tạo gói RREQ Trước phát quảng bá gói RREQ, SA nút dự đoán độ đo SNR, EED BPD đến nút láng giềng để xác định tập Q1, tập nút láng giềng nút thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED Các độ đo SNR, EED BPD SA nút dự đoán theo bước Thuật toán 3.1 sau: + Bước 1.1: Đọc thông tin QoT EED từ nút S đến nút I (b si (r) (r) tsi ) lưu trữ gói RREQ (Bước Thuật tốn 3.1): S nút nguồn (nút 1), I nút xét Hiện nút xét nút nguồn, nên giá trị b11 trị khởi tạo ban đầu để đưa vào gói RREQ b11 (r) (r) (r) t11 giá = +¥ t11 (r) = + Bước 1.2: Khởi tạo giá trị ban đầu rỗng cho tập Q1: Qi = 0/ (Bước Thuật toán 3.1) + Bước 1.3: Dự đoán độ đo QoT, EED BPD từ nút nguồn (nút 1) đến nút I láng giềng nút xét (hiện nút 1) , độ đo bao gồm: ( r) (r ) ( r) (b1 i ), (t1 i ) (B i ) Cơng việc thực vòng lặp For (từ bước đến bước 18 thuật toán 3.1) P2 Theo tơ-pơ Hình A.1, nút có nút láng giềng 2, Xét nút láng (r) (r) giềng nút 1, nút Việc dự đoán độ đo (b12 ), (t12 ) ( r) (B 12 ) thực sau: (h) Bước 1.3.1: Thu thập thông tin SNR từ đến (b12 ) lớp vật lý (Bước Thuật toán 3.1): Theo trạng thái mạng tơ-pơ Hình A.1, SA nút thua thập thông tin SNR từ đến sau: b (h) = 30 (dB): (A.1) 12 (h) Bước 1.3.2: Dự đoán thời gian trễ bước truyền từ nút đến nút (t12 (Bước Thuật tốn 3.1) Theo phương trình (3.8) ta có: t (h) = tp(1) + tq(1) + t(12) + tr(12) 12 ) (A.2) t (1) (12) Như lập luận Phần 3.2.2, tr đủ nhỏ nên bỏ qua Do vậy, phương trình (A.2) trở thành: t (h) = tq(1) + t(12) (A.3) 12 t Theo phương trình (3.9) ta có: tq(1) = L l12(1 + (h) B12 ) (A.4) m 12 đó, L xác định theo phương trình (3.10) L+1 81 r12 r12 r12 6= r L > 12 r12(Lr12 + 1) = L L(L 1) (A.5) > > >2(L +1) ngược lại < > > : Theo giả thiết thiết lập tơ-pơ mạng Hình A.1, thời điểm tại, r 12 = 0:72, kích thước hàng đợi nút L = 20 gói Do vậy, thay r 12 L vào (A.5) ta có: L = 0:72 0:72 20 0:72 (20 0:72 0:72 + 1) = 1:8305 20+1 ( Theo phương trình (3.4) ta xác định B 12 h) sau: (A.6) P3 (h) B12 = r12 (1 r12) L > < r12 r12 6= L+1 (A.7) r12 = > =: L + 20 0:72 (1 0:72) 20+1 (A.8) =0:000392868 (A.9) 0:72 Theo giả thiết ví dụ, kích thước gói liệu trung bình 1472 bytes, tốc độ liệu m kênh 54 Mbit/s, đó: m12 = 54 10 = 4585:5978 (gói/giây) 1472 (A.10) Mặt khác ta có: r12 = l12 ) l12 = r12 m12 m (A.11) 12 (A.12) = 0:72 4585:5978 = 3301:630435 (gói/giây) Thay (A.6), (A.7), (A.10) (A.11) vào (A.4) ta có: (1) tq = L (h) + (A.14) m l12(1 B12 ) 12 = 1:830497 3301:630435 (1 0:00039287) + = 0:000772714 (s) Thay (A.14) vào (A.3) ta có: t (h) 12 (A.13) 4585:5978 (A.15) (A.16) (A.17) = tq(1) + t(12) t = 0:000772714 + 1472 54 10 = 0:000990788 (s) (A.18) (A.19) (r) Bước 1.3.3: Xác định thời gian trễ (EED) lộ trình từ nút đến nút (t12 ) P4 (Bước Thuật tốn 3.1) Ta có: t (r) = t 12 (r) +t 11 (h) (A.20) 12 = + 0:000990788 = 0:000990788 (s) (A.21) (r) Bước 1.3.4: Xác định SNR lộ trình từ nút đến nút (t12 ) (Bước đến 11 Thuật toán 3.1) Vì nguyên lý chuyển tiếp liệu nút mạng AF, nên theo phương trình xác định SNR lộ trình (Phương trình (2.19) Chương 2) ta có: (r) (r) b 12 = b11 + b12 (h) (A.22) Vì phương trình (A.22) sử dụng cho giá trị tuyến tính Vì vậy, giá trị giá trị tuyến thành phần (A.22) cần phải đổi sang tính trước tính tốn Đổi (r) b12 sang giá trị tuyến tính ta được: b b (h) 12 = 10 (h) 12 (dB) 10 30 = 10 10 = 1000 (A.23) = 1000 (A.24) Thay (A.23) vào (A.22) ta có: (r) b 12 = 1 +¥ + 1000 Đổi giá trị b (r) sang dB ta có: 12 (r) b12 (r) (A.25) (dB) = 10 log10(b12 ) = 10 log10(1000) = 30 (dB) Bước 1.3.5: Xác định điều kiện ràng buộc QoT, EED dự ( r) đoán xác suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B 12 ) (Bước 12 đến 17 Thuật tốn 3.1) Từ (A.22) (A.20) ta có: (r) (A.26) b (r) : b12 30 23:5 req t < t12 th , < : 0:01 0:000990788 Từ (A.26) ta thấy điều kiện ràng buộc QoT EED thỏa mãn Do vậy, nút đưa vào tập Q1 Để có sở lựa chọn lộ trình cân tải, SA tiếp tục dự ( r) đốn xác suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B 12 ) Theo (3.7) ta có: (r) B12 = =1 (1 B (r))(1 11 (1 0)(1 (h) B12 ) 0:000392868) = 0:000392868 P5 (A.27) (A.28) Từ (A.20), (A.25) (A.27) ta có độ đo QoT, EED BPD mà SA nút xác định nút là: = 30 (r) > > b12 > < t12 (r) > = 0:000990788 (A.29) > > (r) : B12 = 0:000392868 Lặp lại bước từ 1.1 đến 1.3 nút láng giềng lại nút 1, (nút nút 3), ta xác định độ đo QoT, EED BPD từ nút đến nút sau: (r) = 29 >b13 > > < (r) t13 > (A.30) = 0:0009189274 > > (r) : B13 = 0:0001855764 >b14 = 31 (r) > > < t14 (r) > (A.31) = 0:0007916460 > > (r) : B14 = 0:0000267693 Từ kết thu (A.29), (A.30) (A.31) ta có kết dự đốn độ đo SNR, EED BPD nút láng giềng nút Bảng A.1 Ta thấy rằng, giá trị SNR EED từ nút đến nút 2, 3, thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED (b s j > breq ts j < tth; s = 1; j = 2; 3; 4), nên tập Q1 = {2, 3, 4} Sau xác định tập Q 1, nút phát quảng bá gói RREQ đến tất nút thuộc tập này, cụ thể nút 2, Bảng A.1 Kết dự đoán SNR, EED BPD nút SA Bước 1: Các nút Nút xử lý phía trước RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) sj - (h) (dB) (h) sj (s) (h) Bsj Tập Q1 Nút láng giềng I (nút J) 30.00 29.00 31.00 0.00099079 0.00091893 0.00079165 0.00039287 0.00018558 0.00002677  P6   - Bước 2: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: Các nút nhận gói RREQ bước bao gồm nút 2, tiếp tục xử lý gói RREQ SA nút dự đốn độ đo SNR, EED BPD theo Thuật toán 3.1 Cụ thể, SA nút dự đoán SNR, EED BPD từ nút đến tất nút láng giềng Xét nút láng giềng nút 2, nút 3, việc dự đoán độ đo SNR, EED BPD từ nút đến nút thực sau: (r) (r) + Bước 2.1: Đọc thông tin QoT EED từ nút S đến nút I (b si , tsi ( r) B si ) lưu trữ gói RREQ (Bước Thuật toán 3.1) S nút nguồn (nút 1), I nút Kết đọc từ gói RREQ là: >b12(r) = 30 > > < t12 (r) > = 0:000990788 (A.32) > > (r) : B12 = 0:000392868 + Bước 2.2: Khởi tạo giá trị ban đầu rỗng cho tập Q2: Q2 = 0/ (Bước Thuật toán 3.1) + Bước 2.3: Dự đoán độ đo QoT, EED BPD từ nút nguồn (nút 1) đến nút J láng giềng nút xét (hiện nút 2) , độ đo bao gồm: (r ) (r ) ( r) (b1 j ), (t1 j ) (B j ) Công việc thực vòng lặp For (từ bước đến bước 18 thuật tốn 3.1) Theo tơ-pơ Hình A.1, nút có nút láng giềng Xét nút láng giềng (r) (r) ( r) nút 2, nút Việc dự đoán độ đo (b13 ), (t13 ) (B 13 ) thực sau: (h) Bước 2.3.1: Thu thập thông tin SNR từ đến (b23 ) lớp vật lý (Bước Thuật toán 3.1): Theo trạng thái mạng tơ-pơ Hình A.1, SA nút thua thập thông tin SNR từ đến sau: b (h) = 32 (dB): (A.33) 23 Bước 2.3.2: Dự đoán thời gian trễ bước truyền từ nút đến nút (t23 (Bước Thuật tốn 3.1) Theo phương trình (3.8) ta có: t (h) = tp(2) + tq(2) + t(23) 23 t P7 + tr(23) (h) ) (A.34) (2) (23) Như lập luận Phần 3.2.2, tr đủ nhỏ nên bỏ qua Do vậy, phương trình (A.2) trở thành: t (h) = tq(2) + t(23) (A.35) 23 t Theo phương trình (3.9) ta có: (2) tq L = (h) l23(1 B23 ) + m (A.36) 23 đó, L xác định theo phương trình (3.10) r L r23(Lr23 + 1) 23 L= > r23 6= L+1 r23 (A.37) r23 > > < > >L(L 1) : 2(L +1) ngược lại > Theo giả thiết thiết lập tơ-pơ mạng Hình A.1, thời điểm tại, r 23 = 0:61, kích thước hàng đợi nút L = 20 gói Do vậy, thay r 23 L vào (A.37) ta có: 20 = 0:61 (A.38) 0:61 (20 0:61 + 1) = 0:9535 L 20+1 0:61 0:61 (h) Theo phương trình (3.4) ta xác định B23 sau: (h) L B23 = r23 (1 r23) r23 6= 1 r23L+1 > (A.39) < r23 =1 > : L+1 20 0:61 (1 0:61) = (A.40) 20+1 0:61 = 0:0000198461 (A.41) Theo giả thiết ví dụ, kích thước gói liệu trung bình 1472 bytes, tốc độ liệu m kênh 54 Mbit/s, đó: m23 = 54 10 = 4585:5978 (gói/giây) 1472 Mặt khác ta có: r = l23 ) l 23 m 23 =r 23 m (A.42) (A.43) 23 23 = 0:61 4585:5978 (A.44) = 2797:21467 (gói/giây) (A.45) P8 Thay (A.38), (A.39), (A.42) (A.43) vào (A.36) ta có: (2) tq L = = +m (h) B23 ) l23(1 (A.46) 23 0:9535 + 2797:21467 (1 0:0000198461) 4585:5978 = 0:0005589423 (s) (A.47) (A.48) Thay (A.46) vào (A.35) ta có: (h) t23 (2) (23) = tq (A.49) + tt 1472 = 0:0005589423 + 54 10 = 0:0007770164 (s) (A.50) (A.51) (r) Bước 2.3.3: Xác định thời gian trễ (EED) lộ trình từ nút đến nút (t13 ) (Bước Thuật tốn 3.1) Ta có: t (r) = t 13 (r) 12 +t (h) (A.52) 23 = 0:000990788 + 0:0007770164 = 0:0017678044 (s) (A.53) (r) Bước 2.3.4: Xác định SNR lộ trình từ nút đến nút (t13 ) (Bước đến 11 Thuật toán 3.1) Vì nguyên lý chuyển tiếp liệu nút mạng AF, nên theo phương trình xác định SNR lộ trình (Phương trình (2.19) Chương 2) ta có: (r) (r) b 13 b12 = + b23 (h) (A.54) Vì phương trình (A.54) sử dụng cho giá trị tuyến tính Vì vậy, giá trị thành phần (A.54) cần phải đổi sang giá trị tuyến tính trước tính tốn Theo (r) (h) (A.25) (A.33) ta có b12 = 30 dB b23 sang giá trị tuyến tính ta được: b (r) 12 b = 10 (h) 12 (dB) 10 30 = 10 10 = 32 dB Đổi giá trị = 1000 (A.55) = 1584:893 (A.56) (h) b (h) = 10 b 23 (dB) 10 23 P9 32 = 10 10 Thay (A.55) (A.56) vào (A.54) ta có: (r) 1 + 1000 1584:893 b13 = = 613:137 (A.57) Đổi giá trị b (r) sang dB ta có: 13 b12 (r) (A.58) (r) (dB) = 10 log10(b12 ) = 10 log10(613:137) = 27:876 (dB) Bước 2.3.5: Xác định điều kiện ràng buộc QoT, EED dự ( r) đốn xác suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B 13 ) (Bước 12 đến 17 Thuật tốn 3.1) Từ (A.58) (A.52) ta có: (r) (A.59) b (r) : b13 27:876 23:5 req < t , < th : 0:01 t13 0:0017678044 Từ (A.59) ta thấy điều kiện ràng buộc QoT EED thỏa mãn Do vậy, nút đưa vào tập Q2 Để có sở lựa chọn lộ trình cân tải, SA tiếp tục dự đoán ( r) xác suất chặn gói liệu lộ trình từ nút đến nút (B 13 ) Theo (3.7) ta có: (r) B13 = =1 (1 B (r))(1 B (h)) 12 23 (1 0:000392868)(1 0:0000198461) = 0:0004127063 (A.60) (A.61) Từ (A.52), (A.58) (A.60) ta có độ đo QoT, EED BPD mà SA nút xác định nút là: = 27:876 (r) > > b13 > < (r) t13 > = 0:0017678044 (A.62) > > (r) : B13 = 0:0004127063 Lặp lại bước từ 2.1 đến 2.3 nút láng giềng lại nút 2, (nút 6), ta xác định độ đo QoT, EED BPD từ nút đến nút sau: >b16 = 25:236 (r) > > < t16 (r) > = 0:0029203967 > > (r) : B16 = 0:0186521816 P10 (A.63) Lặp lại bước cho nút láng giềng lại nút (nút nút 4) Kết dự đoán Bảng A.2 Từ kết này, SA nút 2, 3, xác định tập nút láng giềng thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED tương ứng là: Q = {3, 6}, Q2 = {2, 5, 7} Q4 = {5} Các nút 2, tiếp tục quảng bá gói RREQ đến nút tập Q j tương ứng Bảng A.2 Kết dự đốn SNR, EED BPD nút nhận gói RREQ bước Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) sj (a) (h) (dB) (h) sj (s) Bsj (h) Tập Q2 Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) sj (b) (h) (dB) (h) sj (s) Bsj (h) Tập Q3 Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) sj (c) (h) (dB) (h) sj (s) Bsj Nút láng giềng I (nút J) 27.88 25.24 0.00176780 0.00292039 0.00041271 0.01865218   Nút láng giềng I (nút J) 27.24 25.99 24.88 0.00172597 0.00175928 0.00172597 0.00022147 0.00024901 0.00022147    Nút láng giềng I (nút J) 28.46 0.00156866 (h) 0.00004662 Tập Q4  - Bước 3: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: Các nút nhận gói RREQ bước bao gồm: (i) nút 3, nhận từ nút 2, (ii) nút 2, 5, nhận từ nút (iii) nút nhận từ nút Khi nút nhận gói RREQ từ nút 2, gói RREQ bị hủy bỏ nút nhận gói RREQ trước từ nút (ở bước 1), tương tự cho nút khác Các nút tiếp tục xử lý gói RREQ bước bao gồm 5, Kết dự đoán độ đo SNR, EED BPD Bảng A.3 Với kết này, trường hợp nút dự đoán SNR từ nút nguồn (nút 1) đến nút (Bảng A.3c), giá trị dự đoán 23.15 dB Giá trị không thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT, nhỏ SNR yêu cầu tối thiểu 23.5 dB Vì vậy, nút khơng đưa vào tập Q7, nút láng giềng nút Từ kết này, SA nút 5, 6, xác định tập nút láng giềng thỏa P11 mãn điều kiện ràng buộc QoT EED tương ứng là: Q = {4, 8}, Q6 = {7, 9} Q7 = {6} Các nút 5, tiếp tục quảng bá gói RREQ đến nút tập Q j tương ứng Bảng ABước.3.Kết3: dự đoán SNR, EED BPD nút nhận gói RREQ bước Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) sj (a) (h) (dB) (h) sj Bsj 0.00270078 0.00263673 (s) (h) 0.00048846 0.00035866 Tập Q5 Các nút phía trước Nút xử lý RREQ (I) (b)  Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) sj (h) (dB) (h) sj Bsj (c) Nút xử lý RREQ (I) (h) Bsj Nút láng giềng I (nút J) 23.98 23.71 0.01865286 0.01868741  Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) (h) sj (dB) (h) sj  0.00358350 0.00372743 (s) Tập Q6 Các nút phía trước Nút láng giềng I (nút J) 25.01 24.80  Nút láng giềng I (nút J) 23.71 23.15 0.00271675 0.00239835 (s) (h) 0.00061425 0.00022247 Tập Q7 X  - Bước 4: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: Bước 4: Các nút nhận gói RREQ bước bao gồm: (i) nút 4, nhận từ nút 5, (ii) Các nút phía trước Nút xử lý Các độ đo từ S đến RREQ (I)láng giềng I (J) (h ) (dB) sj nút 7, nhận từ nút (iii) nút nhận từ nút Trong đó, gói RREQ nhận nút 4, bị loại bỏ, trước nút nhận gói RREQ Chỉ lại (s)các nút tiếp tục xử lý gói RREQ 35 Nút láng giềng I (nút J) 23.65 (h) sj Bsj 0.00174477 (h) 0.00054417 Tại nút 8, gói RREQ tiếp tục xử lý tương tự nút Kết dự đoán  Tập Q8 độ đo SNR, EED BPD Bảng A.4 Tập Q8 xác định là: Q8 = {9} Tại nút 9, nhận gói RREQ từ nút từ nút 6, nút đích, nên nút tạo gói RREP gửi phản hồi nút Kết lộ trình tìm thấy: ! ! ! - Bước 5: Các nút nhận gói RREQ bước tiếp tục xử lý gói RREQ: P12 Bảng A.4 Kết dự đoán SNR, EED BPD nút nhận gói RREQ bước Các nút phía trước 35 Nút xử lý RREQ (I) Các độ đo từ S đến láng giềng I (J) (h) sj (dB) (h) sj (s) (h) Bsj Nút láng giềng I (nút J) 23.65 0.00355565 0.00054417 Tập Q8  Tại bước này, lại nút nhận gói RREQ từ nút Vì nút đích, nên nút tạo gói RREP gửi phản hồi nút Kết lộ trình thứ tìm thấy: 1!3!5!8!9 - Bước 6: Xử lý gói RREP nút nguồn: Qua q trình phát quảng bá gói RREQ, nút nguồn nhận gói phản hồi RREP, tương ứng với lộ trình thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED tìm thấy ! ! ! ! ! ! ! Dựa kết dự đoán BPD SA trình khám phá lộ trình, BPD lộ trình ! ! ! 0.01868741 (kết Bảng A.3b), BPD lộ trình ! ! ! ! 0.00054417 (kết Bảng A.4) Như vậy, theo nguyên lý giải pháp định tuyến LBQT-R, lộ trình có giá trị BPD nhỏ chọn, ! ! ! ! Bằng việc chọn lộ trình ! ! ! ! 9, thuật toán định tuyến LBRQT tránh bước truyền có tải lưu lượng lớn (các bước truyền ! ! tơ-pơ Hình A.1) Kết qủa cho thấy rằng, giải pháp định tuyến LBQT-R tìm lộ trình thỏa mãn điều kiện ràng buộc QoT EED, đồng thời cân tải lưu lượng kết nối P13 ... lớp giao thức định tuyến theo yêu cầu định tuyến cân tải (ii) Đề xuất thuật toán định tuyến cải tiến giao thức DSR AODV sử dụng kỹ thuật định tuyến cân tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn, nhằm giảm... Chất lượng truyền dẫn lộ trình sử dụng giao thức định tuyến cân tải 46 2.4.1 Nguyên lý kỹ thuật định tuyến cân tải 46 2.4.2 Các phương pháp định tuyến cân 46 2.4.3 Chất lượng truyền. .. HỌC VIÊN KHOA HỌC VÀ CÔNG 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 LUẬN ÁN TIẾN SỸ CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Chun ngành: