Trong bài báo này, nhóm tác giả sử dụng hai đồ thị phẳng là RNG (Relative Neighbor Graph) và GG (Gabriel Graph) trong định tuyến khôi phục. Qua mô phỏng, đánh giá định tuyến khôi phục trên đồ thị phẳng RNG và GG, nhóm tác giả đã thấy được định tuyến khôi phục trên đồ thị RNG cho kết quả tốt hơn xét về tỉ lệ phân phối gói tin thành công từ nguồn đến đích, chi phí giao thức định tuyến được sử dụng.
Vũ Văn Diện Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 135(05): 13 - 18 NGHIÊN CỨU ĐỊNH TUYẾN ĐƠN PHÁT DỰA TRÊN THƠNG TIN VỊ TRÍ CHO MẠNG CẢM BIỂN KHÔNG DÂY Vũ Văn Diện*, Nguyễn Thị Hiền Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Định tuyến dựa thơng tin vị trí thay định tuyến dựa topo mạng cảm biến không dây Kỹ thuật chuyển tiếp tham lam sử dụng hiệu để chuyển tiếp gói tin từ nguồn đến đích Tuy nhiên, kiểu chuyển tiếp có nhược điểm dễ gặp thất bại gặp vùng trống Khi đó, sử dụng định tuyến khơi phục đồ thị phẳng để đưa gói tin qua vùng trống Trong báo này, nhóm tác giả sử dụng hai đồ thị phẳng RNG (Relative Neighbor Graph) GG (Gabriel Graph) định tuyến khôi phục Qua mô phỏng, đánh giá định tuyến khôi phục đồ thị phẳng RNG GG, nhóm tác giả thấy định tuyến khôi phục đồ thị RNG cho kết tốt xét tỉ lệ phân phối gói tin thành cơng từ nguồn đến đích, chi phí giao thức định tuyến sử dụng Từ khóa: Mạng cảm biến khơng dây, định tuyến, chuyển tiếp, khôi phục, đồ thị phẳng GIỚI THIỆU* Các phương pháp định tuyến dựa topo yêu cầu nút phải lưu trữ nhiều thông tin đường định tuyến Yêu cầu vượt khả đáp ứng nút cảm biến Ngoài ra, định tuyến dựa topo sử dụng nhiều gói tin điều khiển để tìm trì đường định tuyến Ngồi tác động làm giảm băng thơng sẵn có cho liệu, nhiều gói tin điều khiển tiêu hao nhiều điện nút hệ làm giảm tuổi thọ nút Với đặc điểm phân tích trên, định tuyến dựa topo không áp dụng cho mạng cảm biến Trong năm gần đây, cách tiếp cận hoàn toàn khác cho vấn đề định tuyến cho mạng cảm biến không dây sử dụng thông tin vị trí nút làm thơng tin dẫn đường Tiếp cận có tên định tuyến dựa thơng tin vị trí Định tuyến giả thiết nút biết vị trí việc sử dụng hệ thống định vị GPS Ngoài ra, định tuyến cần sử dụng dịch vụ khác, gọi dịch vụ thơng tin vị trí, để xác định vị trí nút đích Trước thực giao thức định tuyến, nút nguồn xác định vị trí nút đích thơng qua việc gọi dịch vụ * Tel: 0977 680685, Email: vvdien@ictu.edu.vn thơng tin vị trí Sau đó, thơng tin vị trí nút đích gắn vào gói tin cần chuyển sử dụng làm thông tin dẫn đường Trong định tuyến dựa thơng tin vị trí, chuyển tiếp tham lam thường sử dụng tính đơn giản hiệu qủa Tuy nhiên, dạng chuyển tiếp lại gặp thất bại xuất vùng trống Khi đó, kỹ thuật khôi phục sử dụng để đưa gói tin khỏi vùng trống sử dụng đồ thị phẳng Hai đồ thị phẳng sử dụng đồ thị RNG GG, qua mô đánh giá định tuyến đồ thị phẳng tốt Phần II báo trình bày tổng quan định tuyến dựa thông tin vị trí Phần III trình bày kỹ thuật chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí Định tuyến khơi phục đồ thị phẳng trình bày phần IV Phần V kết mộ đánh giá Phần VI kết luận ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN THƠNG TIN VỊ TRÍ Định tuyến dựa thơng tin vị trí sử dụng kết hợp chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí kỹ thuật khơi phục để định tuyến gói tin Chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí kỹ thuật chuyển gói tin từ nút đến nút khác gần đích Độ gần đích nút đo khoảng cách từ nút đến nút đích 13 Nitro PDF Software 100 Portable Document Lane Wonderland Vũ Văn Diện Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Nút khơng có láng giềng gần đích gọi cực tiểu địa phương (local minima) Để nút nhận gói tin biết nên sử dụng chuyển tiếp dựa thông tin vị trí hay kỹ thuật khơi phục cho gói tin nhận được, thông tin dẫn ghi tiêu đề gói tin gọi chế độ (mode) định tuyến gói tin Nút nguồn thiết lập chế độ tham lam, hay chế độ sử dụng chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí, cho gói tin Khi nhận gói tin chế độ tham lam, nút khơng có láng giềng gần đích thay đổi gói tin sang chế độ khơi phục, hay chế độ sử dụng kỹ thuật khôi phục, đồng thời ghi thơng tin vị trí vào tiêu đề gói tin trường nút khơng có láng giềng gần đích gặp cuối Khi nhận gói tin chế độ khơi phục, nút gần đích cực tiểu địa phương gặp cuối khơi phục gói tin chế độ tham lam Ở tình lại, nút nhận gói tin khơng thay đổi chế độ định tuyến gói tin chuyển tiếp gói tin việc áp dụng chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí hay kỹ thuật khơi phục tùy theo chế độ định tuyến gói tin Hành vi nút định tuyến dựa thơng tin vị trí mơ tả Bảng Các kỹ thuật chuyển tiếp dựa thông tin vị trí trình bày phần BẢNG HÀNH VI CỦA MỖI NÚT CẢM BIẾN TRONG ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN THƠNG TIN VỊ TRÍ PROCEDURE Xử_lý_gói_tin 1: Nếu x nút đích gói tin, 1.1: Chuyển gói tin lên tầng (giao vận) 2: Ngược lại, nút đích gói tin, 2.1: Nếu gói tin chế độ tham lam, 2.1.1: Sử dụng chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí (GF) để chuyển gói tin 2.1.1.1: Nếu chọn láng giềng để chuyển gói tin theo GF, chuyển gói tin cho láng giềng chọn 135(05): 13 - 18 2.1.1.2: Nếu không chọn láng giềng để chuyển gói tin theo GF, thì: Đặt gói tin chế độ khơi phục áp dụng kỹ thuật khơi phục để chuyển gói tin Nếu áp dụng kỹ thuật khôi phục không thành công loại bỏ gói tin 2.2: Ngược lại, gói tin chế độ khơi phục, 2.2.1: Nếu đưa gói tin chế độ tham lam, chuyển gói tin chế độ tham lam quay lại bước 2.1.1 2.2.2: Ngược lại, khơng thể đưa gói tin chế độ tham lam, áp dụng kỹ thuật khôi phục để chuyển gói tin Nếu áp dụng kỹ thuật khơi phục khơng thành cơng loại bỏ gói tin CHUYỂN TIẾP DỰA TRÊN THƠNG TIN VỊ TRÍ Chuyển khoảng cách/tham lam Kỹ thuật chuyển tiếp dựa thông tin vị trí sử dụng rộng rãi nhất, tính đơn giản nó, kỹ thuật chuyển tiếp tham lam (greedy forwarding) hay chuyển khoảng cách [1] Trong chuyển tiếp này, khoảng cách đến đích sử dụng làm độ đo lựa chọn nút Cụ thể, nút chọn láng giềng gần đích gần đích làm nút Rất nhiều giao thức đề xuất sử dụng chuyển tiếp tham lam [2, 3, 4] Chuyển tiếp tham lam có ưu điểm đơn giản, hiệu khơng tạo vòng lặp định tuyến có yếu điểm dễ thất bại gặp vùng trống [9], nút hết lượng, thiên tai, lũ lụt, Nếu chuyển tiếp tham lam sử dụng thành công tất nút đường định tuyến từ nguồn đến đích, đường định tuyến gần với đường tối ưu 14 Nitro PDF Software 100 Portable Document Lane Wonderland Vũ Văn Diện Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 135(05): 13 - 18 chiếu đoạn thẳng nối nút đến láng giềng lên đường thẳng qua nút nút đích Láng giềng gần đích có độ đo lớn chọn làm nút Hình Ví dụ chuyển tiếp tham lam, y nút láng giềng gần nút đích D Hình Ví dụ chuyển góc, gói tin từ v chuyển đến u Hình Chuyển tiếp tham lam bị lỗi, khơng có láng giềng x gần D Chuyển góc Chuyển góc (compass forwarding) [5, 6, 7] yêu cầu thông tin vị trí láng giềng nút đích chuyển tiếp tham lam sử dụng góc tạo hai véctơ, từ nút đến đích từ nút đến láng giềng, làm độ đo Láng giềng có góc bé chọn làm nút So với chuyển tiếp tham lam, chuyển góc thất bại cực tiểu địa phương tạo vòng lặp định tuyến Sự khác biệt có chuyển góc khơng ràng buộc nút phải gần đích Chuyển góc thất bại nút khơng có láng giềng Khi nút khơng có láng giềng gần đích hơn, gói tin tạm thời đẩy xa đích Sau đó, gói tin chuyển tiếp gần đích hơn, vòng lặp định tuyến tạo Chuyển bước tiến Chuyển bước tiến (progress forwarding) [8] sử dụng độ đo độ dài hình ĐỊNH TUYẾN KHƠI PHỤC TRÊN ĐỒ THỊ PHẲNG Định tuyến khơi phục Chuyển tiếp tham lam thường hay sử dụng để đưa gói tin từ nguồn đến đích Tuy nhiên, xuất vùng trống (rất hay xuất mạng cảm biến) kiểu chuyển tiếp hay gặp thất bại khơng có nút láng giềng gần đích nút Trong trường hợp vậy, ta sử dụng định tuyến khơi phục để đưa gói tin thoát khỏi vùng trống dựa đồ thị phẳng sử dụng quy tắc bàn tay phải Hình 4: Quy tắc bàn tay phải, x nhận gói tin từ y, chuyển tiếp đến nút láng giềng theo ngược chiều kim đồng hồ, z Nếu gói tin đến nút mà gần đích nút cực tiểu địa phương khơi phục chế độ chuyển tiếp tham lam từ nút Ngược lại, gói tin chuyển quy tắc bàn tay phải đồ thị phẳng Các đồ thị phẳng Một đồ thị mà khơng có hai cạnh giao gọi đồ thị phẳng Một tập nút với 15 Nitro PDF Software 100 Portable Document Lane Wonderland Vũ Văn Diện Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ sóng vơ tuyến, phạm vi sóng vơ tuyến giống (là r), xem đồ thị: nút đỉnh, cạnh (n; m) tồn nút n m khoảng cách n m, d (n, m) r Đồ thị RNG (Relative Neighbor Graph) GG (Gabriel Graph) [4] hai đồ thị phẳng biết đến từ lâu Đồ thị RNG định nghĩa sau: Cho tập đỉnh, cạnh (u, v) tồn đỉnh u v khoảng cách chúng nhỏ khoảng cách điểm w (khác u, v) đến u đến v: w u, v : d (u, v) max d (u, w), d (v, w) Hình Cạnh uv cạnh RNG giao đường tròn tâm u v phải khơng chứa w Q trình xây dựng đồ thị RNG từ đồ thị chưa phải RNG thực cách loại bỏ cạnh sau: For tất đỉnh v thuộc tập láng giềng N For tất đỉnh w thuộc N if w = = v then continue else if d(u,v) > max[d(u,w), d(v,w)] then loại bỏ cạnh (u,v) break endif end for end for Đồ thị GG định nghĩa sau: Một cạnh (u, v) tồn u v đỉnh w khác vòng tròn nhận uv làm đường kính Ta có cơng thức sau: w u, v : d (u, v) d u, w d v, w 135(05): 13 - 18 Hình 6: Cạnh uv thuộc GG đường tròn đường kính uv phải khơng chứa w Q trình xây dựng đồ thị GG từ đồ thị chưa phải GG thực cách loại bỏ cạnh sau: m = trung điểm uv for tất đỉnh v thuộc tập láng giềng N for tất w thuộc N if w = = v then continue else if d(m,w) < d(u, m) then loại bỏ cạnh (u, v) end if end for end for KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Mơi trường mơ Nhóm tác giả mơ định tuyến khơi phục đồ thị phẳng RNG GG sử dụng phần mềm mô ns-2 Giao thức định tuyến sử dụng GPSR [4] Môi trường mô thực với 100 nút mạng vùng 1000 x 500 Tỉ lệ phân phối gói tin thành cơng Tỉ lệ phân phối gói tin thành cơng xác định tỉ số số gói tin nhận chia cho số gói tin gửi Kết mơ hình sau: Hình 7: Tỉ lệ phân phối gói tin thành cơng 16 Nitro PDF Software 100 Portable Document Lane Wonderland Vũ Văn Diện Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Khi định khôi phục sử dụng đồ thị RNG cho tỉ lệ phân phối gói tin thành cơng cao so với đồ thị GG Chi phí định tuyến Hình chi phí giao thức định tuyến, đo số gói tin gửi tồn mạng Hình 8: Chi phí giao thức định tuyến Khi định tuyến khơi phục sử dụng đồ thị RNG có chi phí giảm so với việc sử dụng đồ thị GG KẾT LUẬN Báo cáo trình bày định tuyến khôi phục dựa đồ thị phẳng định tuyến dựa thơng tin vị trí Qua mơ phỏng, đánh giá ta thấy được định tuyến khôi phục đồ thị RNG giảm thiểu chi phí so với GG mà lại cho tỉ lệ phân phối gói tin thành cơng tốt GG, làm sở để lựa chọn đồ thị phẳng định tuyến khơi phục đưa gói tin khỏi vùng trống với chuyển tiếp tham lam đưa gói tin đến đích thành cơng 135(05): 13 - 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO G G Finn, “Routing and addressing problems in large metropolitan-scale internetwork,” Tech Rep ISI/RR-87180,Information Sciences Institute, Mar 1987 P Bose, P Morin, I Stojmenovic, and J Urrutia, “Routing with guaranteed delivery in ad hoc wireless networks,” Wireless Networks, 7(6):609-616, 2001 Q Fang, J Gao, and L Guibas, “Locating and bypassing routing holes in sensor networks,” Mobile Networks and Applications, 11(2): 187200, April 2006 B Karp and H.T Kung, “GPSR: Greedy perimeter stateless routing for wireless sensor networks,” Proc of Mobicom, pp 243-254, 2000 P Bose, P Morin, “Online routing in triangulations,” Proc of 10th International Symposium on Algorithms and Computation, pp 113-122, 1999 P Bose, A Brodnik, S Carlsson, E D Demaine, R Fleischer, A Lopez-Ortiz, P Morin, J I Munro, “Online routing in convex subdivisions,” International Symposium on Algorithms and Computation, pp 47-59, 2000 E Kranakis, H Singh, and J Urrutia, “Compass routing on geometric networks,” Proc of the 11th Canadian Conference on Computational Geometry, pp 51-54, 1989 I Stojmenovic, X Lin, “Loop-free hybrid single-path/flooding routing algorithms with guaranteed delivery for wireless networks,” IEEE Trans on Parallel and Distributed Systems, vol 12, pp 1023-1032, Oct 2001 B Karp, “Challenges in geographic routing: Sparse networks, obstacles, and traffic provisioning,” DIMACS Workshop on Pervasive Networking, Piscataway, NJ, May 2001 17 Nitro PDF Software 100 Portable Document Lane Wonderland Vũ Văn Diện Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 135(05): 13 - 18 SUMMARY RECOVERY ROUTING BASED ON PLANAR GRAPH IN GEOGRAPHIC ROUTING FOR WIRELESS SENSOR NETWORK Vu Van Dien*, Nguyen Thi Hien College of Information and Communication Technology - TNU Routing based on location information have alternatived the routing based on topology in wireless sensor networks Greedy forwarding technique has been used very effectively to forward packets from source to destination However, the drawback of this type of forwading is easy to fail to meet holes As such, it will use recovery routing on planar graphs to put packets through the holes In this paper, we use two planar graph, RNG (Relative Neighbor Graph) and GG (Gabriel Graph) in the recovery routing Through simulation, evaluating about recovery routing on planar graphs RNG and GG, we saw the recovery routing on graph RNG for better results in terms of the percentage distribution of packets from source to destination successfully, cost of routing protocol used Key: Wireless sensor network, routing, forwarding, recovery, planar grap h Ngày nhận bài:31/10/2014; Ngày phản biện:28/11/2014; Ngày duyệt đăng: 31/5/2015 Phản biện khoa học: TS Đào Huy Du – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐHTN * Tel: 0977 680685, Email: vvdien@ictu.edu.vn 18 Nitro PDF Software 100 Portable Document Lane Wonderland ... nút định tuyến dựa thông tin vị trí mơ tả Bảng Các kỹ thuật chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí trình bày phần BẢNG HÀNH VI CỦA MỖI NÚT CẢM BIẾN TRONG ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN THƠNG TIN VỊ TRÍ ... gói tin khơng thay đổi chế độ định tuyến gói tin chuyển tiếp gói tin việc áp dụng chuyển tiếp dựa thông tin vị trí hay kỹ thuật khơi phục tùy theo chế độ định tuyến gói tin Hành vi nút định tuyến. .. nút nhận gói tin biết nên sử dụng chuyển tiếp dựa thơng tin vị trí hay kỹ thuật khơi phục cho gói tin nhận được, thơng tin dẫn ghi tiêu đề gói tin gọi chế độ (mode) định tuyến gói tin Nút nguồn