Cải thiện hiệu năng mạng hình lưới không dây qua kỹ thuật định tuyến qos (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG HỒNG TRỌ MINH HỒNG TRỌNG MINH CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƢỚI KHÔNG DÂY QUA KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN QOS Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thơng Mã số: 62.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 1/2014 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Quốc Bình PGS TS Nguyễn Tiến Ban Phản biện 1: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Doãn Phước Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Linh Trung Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: 9.00 ngày 04 tháng năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Mạng hình lưới khơng dây WMN (Wireless Mesh Network) coi giải pháp then chốt mạng không dây hệ nhằm mục tiêu cung cấp truy nhập Internet không dây băng rộng với vùng phủ lớn Bên cạnh ưu điểm cấu hình ứng dụng, chế truyền thơng đa bước khơng dây yêu cầu cung cấp chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) cho thấy số thách thức mà WMN cần phải vượt qua mặt hiệu mạng Trong đó, ảnh hưởng tượng tranh chấp kênh tác động nhiễu truyền dẫn đồng thời tới chất lượng liên kết nguyên nhân gây suy giảm hiệu Nhằm tìm kiếm giải pháp cải thiện hiệu WMN, nghiên cứu sinh sử dụng tiếp cận xuyên lớp (crosslayer) lớp MAC lớp định tuyến Tiếp cận phân tích hiệu mơ hình giải tích cho thấy tính khả thi cao tiếp cận thơng dụng khả phản ánh tốt thông số vật lý độ phức tạp tính tốn thấp Vì vậy,nghiên cứu phát triển mơ hình giải tích phản ánh chất lượng liên kết sử dụng thành phần dự báo chất lượng liên kết kết hợp với thành phần đo chủ động sẵn có giao thức OLSR để đề xuất tham số định tuyến mới, cải thiện thông số hiệu WMN Mục tiêu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Với mục tiêu tìm kiếm giải pháp khả thi cải thiện hiệu WMN thông qua kỹ thuật định tuyến QoS, nghiên cứu đề xuất tham số định tuyến tích hợp vào giao thức định tuyến OLSR nhằm cải thiện thông số hiệu mạng cụ thể như: thơng lượng, độ trễ tỷ lệ tổn thất gói tin Tính đắn hiệu đề xuất xác định qua phân tích lý thuyết, phân tích số mô Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục tiêu đối tượng nghiên cứu nêu trên, nhiệm vụ nghiên cứu nghiên cứu sinh tập trung vào vấn đề sau: Các đặc tính ảnh hưởng tới hiệu mạng WMN; mô hình giải tích biểu diễn chế hoạt động IEEE 802.11 DCF; Đề xuất tham số định tuyến cải thiện hiệu WMN Phƣơng pháp nghiên cứu Trên sở nhiệm vụ nghiên cứu nêu trên, nghiên cứu sinh dựa công cụ toán học lý thuyết xác suất, chuỗi Markov, phương pháp tính để xác minh tính đắn mặt lý thuyết Công cụ mô kiện rời rạc sử dụng luận án nhằm để kiểm chứng tính hợp lý đề xuất Cấu trúc luận án Các kết nghiên cứu đóng góp luận án trình bày chương, mục theo cấu trúc sau: Chương 1: Khái quát vấn đề liên quan tới hiệu mạng hình lưới khơng dây Chương 2: Bài tốn mơ hình hóa giao thức điều khiển truy nhập phương tiện điều kiện bão hịa Chương 3: Xây dựng mơ hình giải tích đánh giá chất lượng liên kết Chương 4: Đề xuất tham số định tuyến QoS cải thiện hiệu mạng hình lưới khơng dây Hà nội, tháng năm 2014 CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƢỚI KHƠNG DÂY Tóm tắt: Nội dung chương khái quát đặc tính kỹ thuật mạng hình lưới khơng dây với ứng dụng điển hình, vấn đề tảng chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service), tiếp cận giải vấn đề hỗ trợ QoS mạng hình lưới không dây điểm mấu chốt kỹ thuật định tuyến QoS Đặc biệt, giải pháp cải thiện hiệu nghiên cứu gần tóm tắt qua khía cạnh sử dụng cơng cụ tốn học nhằm sáng tỏ cách thức tiếp cận học thuật luận án 1.1 TỔNG QUAN MẠNG HÌNH LƢỚI KHƠNG DÂY Giải pháp mạng kết nối hình lưới khơng dây WMN (Wireless Mesh Network) hình thành giải pháp then chốt cho mạng truy nhập không dây băng rộng với vùng phủ rộng [61], [63], [69] Dưới góc độ ứng dụng cơng nghệ, WMN phát triển mạnh mẽ nhờ số ưu điểm sau: triển khai nhanh, khắc phục tương che tầm nhìn thẳng, công nghệ truyền thông tầm ngắn, truyền thông đa đường hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến Vì vậy, cơng nghệ WMN có nhiều ưu điểm trội có khả ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống 1.1.1 Kiến trúc mạng hình lƣới khơng dây Cơng nghệ truyền dẫn tảng cho WMN xây dựng chuẩn công nghiệp thông dụng Viện kỹ nghệ Điện Điện tử IEEE như: IEEE 802.11 [45], IEEE 802.15 [44] IEEE 802.16 [46] WMN thực truyền thông đa chặng không dây thiết bị đầu cuối di động thơng qua thiết bị định tuyến bố trí tĩnh theo hình lưới Mạng hình lưới khơng dây tổ chức theo kiểu kiến trúc như: WMN phẳng, WMN phân cấp WMN lai ghép tùy theo kịch ứng dụng 1.1.2 Một số ứng dụng điển hình Nhờ vào ưu điểm mặt cấu hình công nghệ ứng dụng cho mạng WMN, số ứng dụng điển hình WMN thể bổ sung thiết yếu cho công nghệ thời như: mạng truy nhập băng rộng, mạng cộng đồng, mạng công sở, mạng vùng nhỏ, mạng giao thông mạng cảm biến 1.2 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 1.2.1 Khái quát chất lƣợng dịch vụ Mục vấn đề cốt lõi vấn đề cung cấp, đảm bảo QoS khía cạnh chung Đồng thời mục tiêu cung cấp đảm bảo QoS WMN gắn liền với mục tiêu tối ưu tài nguyên mạng mục tiêu cấp thiết nhà nghiên cứu khai thác mạng [17], [49] 1.2.2 QoS với tiếp cận xuyên lớp WMN Cấu trúc mạng hình lưới khơng dây đem tới số vấn đề đặc thù khiến kiến trúc phân lớp không hoạt động hiệu Mặt khác biến thời gian điều hành khác biệt lớp dẫn tới mơ hình kiến trúc phân lớp không đạt điểm tối ưu hiệu tổng thể mạng WMN, việc cung cấp QoS WMN phụ thuộc vào tham số động mạng mơi trường điều khiển phân tán Vì vậy, hướng tiếp cận xuyên lớp không tránh khỏi để gắn kết tối ưu điều khiển lớp nhằm cung cấp QoS tối ưu hiệu mạng [56] 1.3 KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN QOS 1.3.1 Kỹ thuật định tuyến Mục tiêu phương pháp định tuyến nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, tối thiểu hoá giá thành mạng Các vấn đề kỹ thuật định tuyến tóm tắt theo ba khía cạnh: thủ tục trao đổi cập nhật thơng tin, thuật tốn tính tốn đường dẫn tham số định tuyến 1.3.2 Kỹ thuật định tuyến QoS Kỹ thuật định tuyến QoS coi tốn có định tìm đường tối ưu thỏa mãn điều kiện ràng buộc Thơng qua tốn chung đặt cho kỹ thuật định tuyến QoS, phân tích khó tìm lời giải cho trường hợp nhiều điều kiện ràng buộc WMN Vì vậy, cách tiếp cận khả thi để giải toán định tuyến QoS sử dụng tham số tổ hợp gồm thành phần mang tính lõm với tính cộng tính nhân sử dụng lời giải kinh nghiệm (heuristic) để giảm thiểu độ phức tạp tính tốn 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM Một số chuẩn công nghệ phổ biến ứng dụng rộng rãi cho WMN họ chuẩn IEEE 802.11 Tuy nhiên, họ chuẩn IEEE 802.11 thiết kế cho truy nhập đơn chặng khơng dây thay cho truyền thơng đa chặng không dây Nhằm sáng tỏ cách tiếp cận luận án, vấn đề hiệu giải pháp cải thiện nghiên cứu trước lĩnh vực trình bày vắn tắt 1.4.1 Hiệu tham số phản ánh Hiệu mạng, thước đo lực mạng hoạt động điều hành, không phụ thuộc vào yếu tố nội mạng mà phụ thuộc lớn vào ứng dụng triển khai Để đánh giá hiệu năng, nghiên cứu sử dụng tiêu chí hiệu mạng cụ thể như: thông lượng, trễ từ đầu cuối tới đầu cuối tỷ lệ tổn thất gói tin 1.4.2 Các tiếp cận cải thiện hiệu Nhằm sáng tỏ cách tiếp cận học thuật nghiên cứu, mục khảo sát đánh giá nghiên cứu trước giới Việt nam góc độ sử dụng cơng cụ tốn học lý thuyết đồ thị, quy hoạch tuyến tính mơ hình giải tích Trong đó, mơ hình giải tích tiếp cận mơ hình hóa có khả phản ánh tốt thơng số vật lý độ phức tạp tính tốn khơng cao Tuy nhiên, mơ hình giải tích tập trung vào mục tiêu đánh giá phân tích hiệu đặc biệt độ xác mơ hình phụ thuộc trực tiếp vào giả thiết Vì vậy, hướng tiếp cận hoàn toàn phù hợp cho mục tiêu đánh giá chất lượng liên kết tác động nhiễu liên luồng thông số vật lý thực tiễn phản ánh vào mơ hình Để nâng cao tính xác phù hợp với mục tiêu đề tài nghiên cứu, mơ hình giải tích xây dựng với điều kiện bổ sung lưu lượng mạng khơng bão hịa kênh khơng lý tưởng Đó sở để xây dựng thành phần tham số định tuyến phản ánh nhiễu, cung cấp thông tin chất lượng liên kết tới lớp định tuyến nhằm cải thiện hiệu mạng 1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Nội dung chương thể khái quát cấu trúc, ứng dụng WMN nhằm bật đặc tính riêng biệt đối tượng cần quan tâm nghiên cứu Sự khác biệt cấu trúc chức mạng truyền thông không dây với mạng hữu tuyến truyền thống cho thấy tiếp cận xuyên lớp hướng tất yếu cho toán cung cấp chất lượng dịch vụ WMN CHƢƠNG 2: BÀI TỐN MƠ HÌNH HĨA GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP PHƢƠNG TIỆN TRONG ĐIỀU KIỆN BÃO HỊA Tóm tắt: Hiệu hoạt động giao thức điều khiển truy nhập phương tiện tiêu điểm nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp tới lực kênh truyền dẫn Mơ hình hóa giao thức điều khiển truy nhập mơ hình giải tích cơng cụ phổ biến nghiên cứu nhằm phân tích đánh giá hiệu lớp liên kết liệu Điều kiện lưu lượng mạng bão hòa điều kiện mấu chốt để xác định giá trị thông lượng tối đa liên kết Chương khái quát giải pháp mơ hình hóa giao thức điều khiển truy nhập đề xuất tác giả trước, từ đưa điều kiện bổ sung nhằm hồn thiện mơ hình giải tích cho thủ tục đa truy nhập cảm nhận sóng mang/ tránh xung đột CSMA/CA điều kiện bão hòa 2.1 MỞ ĐẦU Cơ chế hoạt động tượng xung đột lớp MAC coi nguyên nhân gây suy giảm hiệu phiên truyền dẫn [13], [54], [82] Đặc biệt, với chế đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA mạng đa chặng, hiệu sử dụng kênh tiếp tục suy giảm ảnh hưởng nhiễu truyền dẫn đồng thời mạng gây Các mục trình bày đánh giá thông lượng liên kết chế điều khiển truy nhập điển hình tác giả trước từ đưa bổ sung cần thiết nhằm hồn thiện mơ hình giải tích cho giao thức CSMA/CA điều kiện lưu lượng mạng bão hòa 2.2 CÁC NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH HĨA GIAO THỨC ĐA TRUY NHẬP PHƢƠNG TIỆN 2.2.1 Giao thức truy nhập kênh ALOHA Giao thức truy nhập ngẫu nhiên sử dụng cho mạng máy tính có tên gọi ALOHA [2] Cơ chế hoạt động giao thức ALOHA coi đơn giản chế đa truy nhập 2.2.2 Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang 1-persistent CSMA 1-persistent CSMA xác suất chiếm khe thời gian chắn để truyền dẫn (bằng 1) sau cảm nhận kênh rỗi CSMA sử dụng chế phân khe không phân khe thời gian để xác định cách thức tranh chấp tài nguyên Hiệu hoạt động biến thể 1-persistent CSMA tóm tắt mục 2.2.3 Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang p-persistent CSMA Giao thức 1-CSMA coi trường hợp đặc biệt giao thức ppersistent CSMA Trong giao thức p-CSMA, nút phát thực truyền dẫn với xác suất p  cảm nhận kênh rỗi Hoạt động 14 Hình 3.6: Chuỗi Markov mơ hình kênh xung quanh nút Xác suất pt xác định xác suất chuyển trạng thái từ Idle sang Break mô hình nút pid xác suất kênh rỗi khe thời gian ( P ) pt  pid  P (3.17) Phương tiện truyền dẫn mạng hình lưới chia sẻ số lượng nút hoạt động (active node) miền truyền dẫn nên hoạt động nút phụ thuộc vào hoạt động nút khác Vì vậy, xác suất kênh rỗi tính tốn xấp xỉ qua xác suất dài hạn biểu thức P   ST I  I ST ST ST ST I I C C B B S S T I T  PT  PT  PT I IC C IB B IS (3.18) S Từ phương trình (3.4) (3.18), xác suất truyền khe thời gian pt  1  e   E T  T I TI  PIC TC  PIBTB  PIS TS (3.19) Với xác suất thể hình 3.6, ta tính tốn trạng thái dừng mơ hình kênh  I   I PII   C PCI   B PBI   S PSI   I PII   C   B   S   I PII   I  1; 15 I   PII ; C  PIC  PII ; B  PIB  PII ; S  PIS  PII (3.27) 3.4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ VÀ THẢO LUẬN Từ giả thiết mơ hình giải tích đề xuất, xác suất truyền dẫn thành công ps xác suất trạng thái dừng trạng thái thành công mô hình nút  s (3.16) Từ phương trình (3.16) (3.19), ta có hệ hai phương trình phi tuyến với hai biến ps pt giải phương pháp số Khe thời gian ảo E[T ] định nghĩa xác định phương trình E[T ]   I TI   CTC   BTB   S TS (3.28) Từ ta có thơng lượng Th liên kết xác định qua số lượng bit thông tin người sử dụng cần truyền thành công khe thời gian ảo định nghĩa qua công thức Th   S  E[ P ] (3.29) E[T ] Mơ hình giải tích đề xuất đánh giá khảo sát thông qua công cụ mô MATLAB Từ phương trình (3.29) ta có thơng lượng mạng WMN dựa IEEE 802.11b chế đa bước hàm số phụ thuộc vào tham số đầu vào như: số lượng nút N , tỷ lệ miền cảm nhận miền truyền dẫn  , tốc độ lưu lượng gói tin đến  , tỷ lệ lỗi bit truyền dẫn pb độ dài trung bình tải tin E  P  3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Với mục tiêu đánh giá chất lượng liên kết không dây WMN, nội dung chương trình bày mơ hình giải tích biểu diễn 16 hoạt động IEEE 802.11 DCF Trong đó, điều kiện lưu lượng khơng bão hịa kênh khơng lý tưởng tích hợp vào mơ hình nhằm phản ánh đầy đủ tác động tới chất lượng liên kết hiệu truyền dẫn Trên sở mơ hình giải tích đề xuất, chất lượng liên kết phản ánh thông qua tham số định tuyến phục vụ cho mục tiêu nâng cao hiệu mạng chương CHƢƠNG 4: ĐỀ XUẤT THAM SỐ ĐỊNH TUYẾN QOS CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƢỚI KHƠNG DÂY Tóm tắt: Sự phổ biến ứng dụng đa phương tiện dẫn tới thay kỹ thuật định tuyến truyền thống kỹ thuật định tuyến cung cấp QoS nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao người sử dụng Mặt khác, từ góc độ vận hành khai thác mạng,vấn đề hiệu mạng mối quan tâm hàng đầu nhà nghiên cứu triển khai Vì vậy, nội dung chương trình bày tham số định tuyến QoS dựa mơ hình giải tích chương trước nhằm cải thiện số tham số hiệu mạng hình lưới khơng dây Các phân tích lý thuyết kết mơ số trình bày chi tiết để góp phần khẳng định khả ứng dụng mức cải thiện hiệu WMN tham số định tuyến QoS đề xuất 4.1 MỞ ĐẦU Vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ QoS đặt điều kiện then chốt nhằm đảm bảo phát triển thành công WMN môi trường ứng dụng đa phương tiện Để cung cấp QoS cho 17 ứng dụng, kỹ thuật định tuyến WMN không sử dụng định tuyến chặng mà thay vào kỹ thuật định tuyến dựa chất lượng liên kết [60] Nghiên cứu sinh đề xuất tham số định tuyến QoS chứng minh khả cải thiện hiệu mạng WMN thông qua tham số cụ thể như: thông lượng, độ trễ trung bình gói tin, tỷ lệ tổn thất gói tin tỷ lệ tổn thất gói tin ứng dụng 4.2 ĐỊNH TUYẾN TRONG WMN Mục tóm tắt đặc điểm giao thức định tuyến điển hình mạng WMN với tham số định tuyến đề xuất gần nhằm phân tích ưu nhược điểm vấn đề mở cần giải 4.2.1 Giao thức định tuyến Thuộc vào lớp mạng truyền thông đa bước không dây, phần lớn giao thức định tuyến WMN kế thừa từ giao thức định tuyến mạng tùy biến không dây (Ad-hoc) Các giao thức định tuyến phân thành: giao thức định tuyến theo yêu cầu, giao thức định tuyến theo bảng giao thức định tuyến lai ghép 4.2.2 Tham số định tuyến Dưới góc độ ảnh hưởng nhiễu tới chất lượng liên kết, tham số định tuyến đề xuất nghiên cứu gần phân thành hai loại: phản ánh gián tiếp ảnh hưởng nhiễu phản ánh trực tiếp ảnh hưởng nhiễu qua thành phần tham số định tuyến Mục ưu nhược điểm tham số định tuyến đề xuất trước cách tiếp cận riêng nghiên cứu sinh 18 4.3 ĐỀ XUẤT THAM SỐ ĐỊNH TUYẾN IARM Các nội dung khảo sát tham số định tuyến cho thấy tác động nhiễu lên liên kết không phản ánh qua miền thời gian đề xuất tác giả trước mà cần phản ánh qua khía cạnh trạng thái Nghiên cứu sinh đề xuất xây dựng tham số định tuyến phản ánh nhiễu IARM (Interference Aware Routing Metric) phân tích lý thuyết chứng minh tính đắn tham số đề xuất 4.3.1 Tham số phản ánh nhiễu đề xuất IARM Tham số định tuyến đề xuất IARM phản ánh trực tiếp xác suất tổn thất gói tin thơng qua thủ tục thăm dị tích hợp với giao thức định tuyến OLSR Hai thành phần IARM xây dựng gồm: thành phần phản ánh xác suất tổn thất gói tin thơng qua tỷ lệ chuyển phát gói tin liên kết PDR (Packet Delivery Ratio) tỷ lệ thời gian khả dụng kênh xung quanh nút CAF (Channel Available Fraction) Các thành phần IARM xác định PDR  l   PDRi  j  PDR j i  (  CAF (i )    0 thresh  Cu (i ))  Rdata (4.10) E[ P ] TS if C u (i )   thresh (4.12) else Trong đó,  thresh   0,1 giá trị ngưỡng lưu lượng truyền liên kết không dây (giá trị ngưỡng đặt 0.96 nhằm tránh tượng tải) E[P] giá trị trung bình độ dài gói tin Ts khoảng thời gian truyền dẫn thành công Như vậy, mức độ chiếm dụng kênh nhỏ thời gian khả dụng kênh xung quanh nút 19 lớn Giá trị tỷ lệ kênh khả dụng liên kết l cặp nút i nút j xác định qua công thức: CAF  l    CAF  i  , CAF  j   (4.13) Tham số định tuyến IARM xác định liên kết l qua công thức: IARM  l    PDR  l   1    CAF  l  (4.14) Giá trị tham số điều hòa    0,1 giá trị tùy biến sử dụng vào kịch ứng dụng cụ thể Giá trị tham số định tuyến tuyến p mạng tổng giá trị tham số định tuyến tất liên kết tuyến đó: IARM  p    IARM  l  (4.15) l  p 4.3.2 Phân tích khả tƣơng thích Một tham số định tuyến hoạt động môi trường thực cần đảm bảo số tiêu chí trình bày mục 1.3 Điều kiện tiên để thuật toán tính tốn đường dẫn khơng rơi vào độ phức tạp hàm mũ tham số định tuyến phải đảm bảo tính [101] Mục chứng minh tham số IARM đề xuất thỏa mãn tính khơng gây lặp vịng 4.3.3 Tích hợp tham số IARM OLSR Nhằm kiểm chứng hiệu tham số định tuyến đề xuất, nghiên cứu lựa chọn giao thức định tuyến OLSR để cải thiện khả tái sử dụng số tính có sẵn giao thức Mục trình bày sửa đổi cần thiết OLSR để tương thích với tham số định 20 tuyến IARM theo mơ hình tổ chức thơng tin xuyên lớp Dựa công cụ mã nguồn mở sử dụng để cải thiện giao thức OLSR NS-2, nội dung sửa đổi tính tốn phù hợp với tham số định tuyến IARM đề xuất trình bày hình 4.3 Khai báo, định dạng tham số (i) Gửi nhận tin định tuyến (ii) Cập nhật thơng tin định tuyến Tính tốn tuyến (iv) (iii) Hình 4.3: Các nội dung sửa đổi giao thức OLSR-IARM (NS-2) 4.4 MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Nhằm kiểm chứng tính đắn đề xuất, tham số định tuyến phản ánh nhiễu IARM tích hợp giao thức định tuyến OLSR-IARM so sánh với giao thức OLSR nguyên khía cạnh trễ, thơng lượng, tỷ lệ chuyển tiếp gói tin ứng dụng tỷ lệ tổn thất gói Mơ thực công cụ mô NS-2 kịch ứng dụng điển hình WMN 4.4.1 Giới thiệu công cụ mô NS-2 NS-2 công cụ mô phổ biến cho nghiên cứu lớp mạng khả phản ánh tốt hoạt động giao thức định tuyến 4.4.2 Kịch mô Với mục tiêu kiểm chứng tính đắn đề xuất, kịch mô thực với tham số đầu vào tiếp cận điều kiện thực tiễn Kịch ứng dụng điển hình WMN trình bày mục 1.1.2 kịch truy nhập Internet thông qua gateway lựa chọn cho kịch mô Hai giao thức định tuyến OLSR OLSR- 21 IARM khảo sát tham số hiệu mạng cụ thể như: thông lượng, độ trễ trung bình gói tin tỷ lệ tổn thất gói Hình 4.5: Kịch mơ 4.4.3 Kết thảo luận Với mục tiêu đánh giá hiệu mạng với tham số định tuyến QoS đề xuất, tham số phản ánh hiệu mạng khảo sát gồm: Trễ trung bình (ms), tỷ lệ chuyển phát thành cơng gói tin (%), tỷ lệ tổn thất gói tin (%) thơng lượng( Kbps) Hình 4.6: So sánh trễ trung bình gói tin OLSR OLSR-IARM Khi tốc độ gửi gói tin tăng từ gói/s lên 20 gói/s, kết hình cho thấy tham số hiệu giao thức OLSR suy giảm mạnh xuất yếu tố gây nhiễu lên đường dẫn gói tin 22 Hình 4.7: Tỷ lệ chuyển phát gói tin thành công OLSR OLSR-IARM Cụ thể, trễ tăng gần tuyến tính từ khoảng 50 ms tốc độ gửi gói tin gói/s đến gần 500 ms tốc độ gửi gói tin 20 gói/s; tỷ lệ chuyển phát gói tin thành cơng giảm khoảng 20% từ xấp xỉ 90% xuống xấp xỉ 70%; tỷ lệ tổn thất gói OLSR tăng từ gần 5% lên đến xấp xỉ 25%; thông lượng giảm từ khoảng 700 Kbps xuống cịn khoảng 300 Kbps Trong đó, tham số hiệu tương ứng OLSR-IARM có suy giảm mức độ suy giảm chậm so với mức độ suy giảm tham số OLSR Trễ tăng từ 50ms lên đến 250ms; tỷ lệ chuyển phát gói tin giảm khơng đáng kể trì mức 90%; tỷ lệ tổn thất gói cao tốc độ gửi gói tin 20 gói/s khoảng 6% Hình 4.8: So sánh tỷ lệ tổn thất gói tin OLSR OLSR-IARM 23 Các kết tham số hiệu giao thức OLSRIARM tốt so với OLSR tất kịch Kết thơng lượng hình 4.9 cho thấy thơng lượng OLSR-IARM cao xấp xỉ gấp đôi so với thơng lượng OLSR Hình 4.9: So sánh thơng lượng OLSR OLSR-IARM Các kết mô khẳng định tính ưu việt tham số định tuyến QoS đề xuất, đặc biệt kịch nhiễu vừa lớn 4.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Trong chương này, nghiên cứu sinh trình bày đề xuất tham số định tuyến QoS cho mạng hình lưới khơng dây Tính hợp lý đề xuất trình bày phân tích lý thuyết Tham số định tuyến IARM tích hợp vào giao thức định tuyến OLSR mô công cụ NS-2 để đánh giá ưu điểm tham số đề xuất Các kết mơ cho thấy OLSR-IARM có mức cải thiện hiệu đáng kể so với OLSR nguyên gốc khía cạnh hiệu độ trễ trung bình gói tin, tỷ lệ chuyển phát gói tin thành cơng, xác suất tổn thất gói thơng lượng mạng 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với mục tiêu cải thiện hiệu mạng hình lưới khơng dây qua kỹ thuật định tuyến QoS, luận án tiếp cận trực tiếp tới toán xây dựng tham số định tuyến cung cấp chất lượng dịch vụ mạng hình lưới khơng dây dựa họ tiêu chuẩn IEEE 802.11 Tham số định tuyến đề xuất có cấu trúc lai ghép nhằm khai thác điểm mạnh phương pháp dự đốn sở mơ hình giải tích tận dụng thủ tục giao thức định tuyến OLSR Trong trình thực luận án, số kết khoa học đề cập thuộc hai nhóm kết sau: Mơ hình giải tích đánh giá chất lƣợng liên kết cho mạng hình lƣới khơng dây dựa chuẩn IEEE 802.11 Trên sở sử dụng cơng cụ tốn học lý thuyết xác suất chuỗi Markov, mơ hình giải tích biểu diễn hoạt động giao thức điều khiển truy nhập phương tiện tiêu chuẩn IEEE 802.11 DCF xây dựng Các vấn đề đóng góp cơng bố gồm:  Mơ hình hóa hoạt động giao thức IEEE 802.11 DCF cơng cụ giải tích dựa chuỗi Markov lý thuyết xác suất;  Bổ sung hoàn thiện điều kiện thực tiễn gồm lưu lượng không bão hịa kênh khơng lý tưởng nhằm nâng cao độ xác mơ hình giải tích;  Đưa tính tốn tường minh cho tốn xác định vectơ dừng ma trận xác suất chuyển trạng thái chuỗi Markov;  Bổ sung điều kiện thiếu hụt mơ hình giải tích biểu diễn trạng thái hoạt động nút điều kiện lưu lượng mạng bão hòa tác giả trước, xác định xác suất tranh chấp thắng qua mệnh đề toán học đề xuất 25 Đề xuất tham số định tuyến cung cấp QoS cải thiện hiệu mạng hình lƣới khơng dây Dựa mơ hình giải tích đề xuất kiểm chứng phương pháp phân tích số, luận án đề xuất tham số định tuyến phản ánh nhiễu IARM ứng dụng cho WMN dựa IEEE 802.11 Giải pháp kết hợp thành phần tham số cho phép cải thiện độ xác tốn xác định chất lượng liên kết không dây không gia tăng độ phức tạp tính tốn tận dụng thủ tục sẵn có giao thức định tuyến OLSR Tham số định tuyến IARM chứng minh tính tương thích kết hợp với giao thức định tuyến OLSR cho thấy kết cải thiện hiệu khía cạnh trễ trung bình, tỷ lệ chuyển phát thành cơng tỷ lệ tổn thất gói tin thơng lượng tồn mạng qua kết mơ số Các đóng góp nhóm kết gồm:  Xây dựng cấu trúc, thành phần tham số định tuyến QoS phản ánh nhiễu IARM với phân tích chứng minh tính tương thích tham số với thuật toán Dijktra;  Sửa đổi xây dựng module tính tốn định tuyến giao thức OLSR để tích hợp với tham số định tuyến IARM;  Mô chiết xuất kết liên quan tới tham số hiệu mạng gồm trễ, tỷ lệ chuyển phát gói tin thành cơng, tỷ lệ tổn thất gói tin thơng lượng mạng lưu lượng đầu vào thay đổi So sánh mức cải thiện hiệu mạng sử dụng OLSR-IARM để xuất với OLSR nguyên gốc Bằng phân tích lý thuyết kết mơ trình bày luận án cho thấy số ưu điểm định tham số định tuyến đề xuất Tuy nhiên, vấn đề sau cần tiếp tục nghiên cứu tiếp trình bày hướng nghiên cứu cần tiếp tục 26  Trong số ứng dụng thực tiễn yêu cầu hạ tầng WMN đáp ứng điều kiện QoS chặt chẽ ứng dụng trễ, tỷ lệ tổn thất gói tin tối đa, băng thơng tối thiểu, Vì vậy, định định tuyến đảm bảo QoS ứng dụng cần hỗ trợ chế xác định yêu cầu đầu vào bổ sung điều kiện ràng buộc định tuyến Điều dẫn tới mục tiêu tối ưu vừa nhằm thỏa mãn yêu cầu ứng dụng tính khả thi tính tốn định tuyến mơi trường thực tiễn  Mạng hình lưới khơng dây triển khai nhiều công nghệ lớp khác IEEE 802.11 IEEE 802.15 hay IEEE 802.16 Vì vậy, hướng tiếp cận luận án tiếp tục nghiên cứu với dạng công nghệ giao thức điều khiển truy nhập khác nhằm mở rộng phát triển kết luận án  Vấn đề nhiễu tác động nhiễu WMN đa dạng phức tạp Bên cạnh nhiễu liên luồng xung đột đề cập luận án, tác động nhiễu nội luồng, nhiều từ nguồn bên ngồi mơi trường vấn đề mở cần tiếp tục nghiên cứu  Công cụ mơ kiện rời rạc có ý nghĩa lớn mục tiêu phân tích đánh giá thủ tục lớp cao mạng truyền thông Tuy nhiên, nghiên cứu hiệu sử dụng đa dạng loại công cụ khác để kiểm chứng kết giải pháp đề xuất tùy thuộc vào ưu công cụ mơ với tốn đề xuất Vì vậy, tiếp cận luận án cần tiếp tục phát triển mở rộng với công cụ mô giải pháp phân tích số khác Trên số kết luận hướng kiến nghị luận án, nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn khoa học nhà khoa học định hướng phản biện để giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án 27 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ BÀI BÁO KHOA HỌC Hoàng Trọng Minh,“Khảo sát hiệu tham số định tuyến mạng hình lưới khơng dây WMN”, Tạp chí khoa học cơng nghệ - Các trường đại học, ISSN 0868-3980, số 76, 2010 Hoàng Trọng Minh, Nguyễn Tiến Ban, “Nghiên cứu tham số định tuyến phản ánh nhiễu mạng hình lưới khơng dây IEEE 802.11”, Tạp chí khoa học kỹ thuật quân sự, ISSN 1859-1043, số 13, 2011 Hoang Trong Minh, Hoang Minh, Nguyen Quoc Binh, “A Novel Computation for Supplementing Interference Analytical Model in 802.11-based Wireless Mesh Networks”, Tạp chí khoa học công nghệ, ISSN 0866-708x, số 2, 2012 Hoang Trong Minh, Nguyen Tien Ban, “An Approach to Predict Interference Impacts on wireless links of 802.11 Mesh Networks ”, Tạp chí khoa học kỹ thuật quân sự, ISSN 1859-1043, số 24, 2012 Hoang Trong Minh, Hoang Minh, “A Novel Analytical Model to Identify Link Quality in 802.11 Mesh Networks”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, ISSN 0866-708x, số 2, 2012 Hoang Trong Minh, Hoang Minh,“A Novel Interference Aware routing metric for QoS provision in 802.11 wireless mesh network”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, ISSN 0866-708x, số 1A, 2013 28 HỘI NGHỊ KHOA HỌC Hoàng Trọng Minh, “Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới hiệu mạng hình lưới khơng dây”, Báo cáo phiên dành cho NCS, The 2nd Asian Conference on Intelligent Information and Database Systems, ACIIDS MDC 2010 Trong-Minh Hoang, Minh Hoang, Quoc-Binh Nguyen“A Novel Computation for Supplementing Interference Analytical Model in 802.11-based Wireless Mesh Networks”, IEEE Conference Publications, Mobile Wireless Computing Communications, (WiCOM), 2012 Networking and 8th International Conference on, pp – Trong-Minh Hoang, Minh Hoang, “A Novel Analytical Model to Identify Link Quality in 802.11 Mesh Networks”,IEEE Conference Publications, Computational Intelligence, Communication Systems and Networks (CICSyN), 2012 Fourth International Conference on, pp 129 – 136 10 Trong-Minh Hoang, Vuong-Long Dinh, Kim-Quang Nguyen, “A study on routing performance of 802.11 based wireless mesh networks under serious attacks”, IEEE Conference Publications, Computing, Management and Telecommunications (ComManTel), 2013 International Conference on, pp 295 – 297 ... tiêu cải thiện hiệu mạng hình lưới khơng dây qua kỹ thuật định tuyến QoS, luận án tiếp cận trực tiếp tới toán xây dựng tham số định tuyến cung cấp chất lượng dịch vụ mạng hình lưới khơng dây dựa... cấp QoS tối ưu hiệu mạng [56] 1.3 KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN QOS 1.3.1 Kỹ thuật định tuyến Mục tiêu phương pháp định tuyến nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, tối thiểu hoá giá thành mạng Các vấn đề kỹ. .. ĐỊNH TUYẾN QOS CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƢỚI KHƠNG DÂY Tóm tắt: Sự phổ biến ứng dụng đa phương tiện dẫn tới thay kỹ thuật định tuyến truyền thống kỹ thuật định tuyến cung cấp QoS nhằm đáp