Nghiên cứu cải thiện hiệu năng mạng MANET bằng các giao thức định tuyến mới

Môhìnhhệthống mạngMANET

Định nghĩa 1.1: GọiG = (V, E)là đồ thị truyền thông trong mạng MANET.KhiđóV={V1,..,Vn}làtậphữuhạncácđỉnhcủaG,Elàtậphữuhạncáccạnh.Vớimỗicặ pnútVi,Vj,chúngtacóEij= (Vi,Vj)n uếu hainútliênkếttrựctiếpvớinhau. Để biểu diễn khả năng tính toán và lựa chọn tuyến đường truyền tin phù.

Hiệunăng mạngMANET

(1.3) Tải định tuyến: Được tính bằng tổng số gói tin định tuyến trên tổng số gói dữliệunhậnđượcbởinútđíchtrongtoàn bộ một mô phỏng, ký hiệu làRoutikgOver eadℎrougℎput) ,đượcxácđịnhnhưsau:. RoutikgOver eadℎrougℎput) =PacketRouting. Tuổithọcủamạng:Làkhoảngthờigiantừkhimạngbắtđầuhoạtđộngđếnkhinút mạng đầu tiên bị hết năng lượng hay chính xác hơn là không đủ năng lượng đểthu/phátcácgóitin,đơnvịtínhlàgiây(s).

Tìnhhìnhnghiêncứu liênquanđếnluậnán

Theo hướng cải thiện hiệu quả định tuyến, trong tài liệu [1], nhóm nghiên cứuCung Trọng Cường, Vừ Thanh Tỳ, Nguyễn Thỳc Hải thuộc Đại học Khoa học Huếvà Đại học Bách Khoa Hà nội công bố một thuật toán sử dụng tác tử di động nhằmnâng cao hiệu quả giao thức định tuyến AODV trong mạng MANET, trọng tâm củanghiêncứunàylàđềxuấtmộtcơchếlựachọnlộtrìnhnhằmcânbằnglưulượnggiữacác nút trong toàn mạng để giảm nghẽn bằng cách thiết lập hàm đánh giá mật độ lưulượng qua mỗi nút. TiếpcậntheohướngđịnhtuyếnđảmbảoQoS:Trongtàiliệu[65],nhómnghiêncứu đề xuất một giao thức mới, gọi là MQSPR để cải thiện hiệu năng tổng thể chotruyềnthônggiữamáybayvàmặtđất.MQSPRsửdụng3thamsốđịnhtuyếnlà:chukỳ khả dụng của tuyến(path availability period),tải còn lại của tuyến(residual pathload capacity) vàtrễ đầu-cuối(path latency) để lựa chọn tuyến đường và tối ưu hóalược đồ quảng bá nhằm tối thiểu hóa tràn lụt.

Xácđịnhbàitoánnghiêncứu

MANET và đám mây tạo thành cấu trúc mạng Cloud-assited MANET [29], [32], [55].Cácnghiêncứuđãchỉrasựhỗtrợcủađámmâymanglạinhữngkhảnăngmới,vượttrộichoM ANET[55],[69].Tuynhiên,thựctếđặtralà:MANETkhôngcócấutrúc cố định, cấu hình liên tục biến đổi và. - Giải pháp phối hợp MANET và đám mây: Kết hợp đám mây và MANET tạothành cấu trúc mạng Cloud-assited MANET mang lại những khả năng mới, vượttrộicho mạngMANET.Tuynhiên,vấnđềthườngxuyênmấtkếtnốitrong mạngCloud- assitedMANETsẽtiêuthụrấtnhiềutàinguyêndẫnđếngiảmtuổithọcủamạng.Dođó,vấnđềnà ycầnđượcnghiêncứuvàđềxuất.

KếtluậnChương 1

Tómtắt(1):Chương1củaluậnánđãxácđịnhđượcđịnhtuyếnlàvấnđềcơbảntrongviệccảithi ệnhiệunăngmạngMANET.Trongchương2,đểlàmrừhơnvấnđềđịnh tuyến và nhằm tỡm ra phương thức để giải quyết các bài toán đã được xác định,luận án thực hiện một khảo sát các tham số và giao thức định tuyến gần đây được đềxuất cho mạng MANET. Kết quả cho thấy, nhằm cải thiện hiệu năng MANET, vớimỗi cấu trúc, ứng dụng MANET, cần có các giải pháp khác nhau, phù hợp với cấutrúc,ứngdụngđó.KhảosátcácgiaothứcđịnhtuyếntiêubiểucủaMANETchothấy,giao thức định tuyến AODV cho hiệu năng mạng ổn định và tốt hơn các giao thứckhác.

Nguyênlýđịnhtuyếntrong mạngMANET

OLSR được đề xuất nhằm làm giảm tình trạng quá tải bằng cách bầu ra một sốít các nút đóng vai trò là nút chuyển tiếp trung tâm (MPR). Nút đíchhoặcnúttrunggian(nútbiếtvềtuyếnđườngđếnđích)sẽphảnhồibằngcáchgửigóitinđịnhda nhRREPvềnútnguồn(Hình1.4).KhinútnguồnnhậnđượcgóitinRREP,tuyến đường được thiết lập và có thể.

Thamsốđịnhtuyến

• Thamsố dựatrên lưu lượng
• Thamsốdựatrênvịtrívàdiđộng
• Thamsố dựatrên nănglượng
• Đánhgiá hiệu năngmạngvớicácgiaothức tiêubiểu

Do đó, để đề xuất các giao thức, giải pháp cải thiện hiệu năng cho mạngMANET, luận án đã thực hiện một phân tích và so sánh hiệu năng khi lần lượt sửdụng4giaothứcđịnhtuyếntiêubiểuchoMANET,gồm:AODVvàDSR(địnhtuyếntheo yêu cầu) và OLSR và DSDV (định tuyến chủ động) trong các kịch bản khácnhau về lưu lượng mạng và mức di động. Một điểm chung là tải định tuyến của các giao thứcOLSRvàDSDVđềucaohơnAODVvàDSRtronghầuhếtcácmôphỏng.Điềunàylàhoànt oànphùhợpvớicáctínhtoánlýthuyết.DoOLSRvàDSDVlàhaigiaothứchoạt động theo phương thức chủ động nên các gói tin định tuyến được gửi quảng bátheochukỳ.Ngượclại,AODVvàDSRlàcácgiaothứcđịnhtuyếntheoyêucầu.Dođó,hạnchế đượcsốgóitinđịnhtuyến. Tuy nhiên, khi lưu lượng mạng hoặc tốc độdi chuyển của nút mạng tăng cao, các giao thức định tuyến theo yêu cầu như AODVcócácchỉsốhiệunăngvượttrộisovớicácgiaothứccònlại.Hơnthế,chiphítảiđịnhtuyến của các giao thức theo yêu cầu cũng thấp hơn rất nhiều so với các giao thứcchủđộng.Điềunàyphảnánhkhảnăngtiếtkiệmnănglượngcủagiaothứcđịnhtuyếntheoyêucầu sovớigiaothứcđịnhtuyếnchủđộng.

KếtluậnChương 2

Tóm tắt(2): Như đã đề cập trong Chương 1 và Chương 2, định tuyến là vấn đềchínhđểcảithiệnhiệunăngcủamạngMANET.TrongChương3,luậnánđềxuấtbathuật toán định tuyến nhằm cải thiện hiệu năng cho ba cấu trúc MANET khác nhau,cụ thể như sau: (1) Cải thiện hiệu năng mạng MANET hoạt động đa kênh, tiếp cậntheo hướng tác tử di động, cải tiến từ.

Giaothức địnhtuyếnA-WCETT 1. Cáchtiếpcậnvàýtưởngthiếtkế

• Môphỏngvàphântíchhiệunăng mạng 1. Cácthamsố mô phỏng

Trong đó, trườngTimestampđược dùng để xác định khoảng thời gian cần truyền một gói tin giữa hai nút lân cận.Ýnghĩacủacáctrườngcònlạitươngtựnhưmôtảtrongtàiliệu[1].Luậnánthiếtlậphai loại tác tử, lần lượt được đặt tên làA_RequestvàA_Reply, tương ứng với hainhiệm vụ: yêu cầu thông tin và trả lời thông tin. Thứ hai, xem nó là sự thể hiện mối quan hệ giữa chặng có ảnh hưởngnhấtvàtoàntuyến.Trọngsốbìnhquânđượcxemlànỗlựcđểcânbằnghaivấnđề này.Mặtkhác,tổngthờigiantruyềntrêntuyếnp(∑D ETT(i))thườngluônlớnhơn thờigiantruyềntrênkênhcókếtnốithắtnútcổchai(m a SXj)nhiềulần.Dođó,để. Một vấn đề rất cần quan tâm đối với hiệu quả của giao thức A-WCETT, đó làchiphíhệthốngliênquanđếnsửdụngtáctửdiđộng.Tuynhiên,trongtàiliệu[1]đãchứng minh được rằng việc tích hợp tác tử di động chỉ làm tăng độ trễ truyền tải vớimức độkhôngđángkể.

GiaothứcđịnhtuyếnMM-AODV 1. Cáchtiếpcậnvàýtưởngthiếtkế

• Môphỏngvàphântíchhiệunăng mạng 1. Cácthamsố mô phỏng

Tiến trình khám phá tuyến đường bắt đầu với việc nút nguồn gửi quảng bá góitin tìm đường RREQ với phần tiêu đề đã được thay đổi như sau {ETX, LQ, AODVRREQ Header}, tham sốPathsẽ nhận được giá trị từ trườngHop-counttrong phầntiêu đề mặc định của AODV. Kếtquảmôphỏngchothấy,khisốkếtnốiđầu-cuốithấp,cơchếđịnhtuyếndựatrên số chặng phát huy ưu điểm và luôn cho trễ trung bình thấp nhất; thông lượng vàtỷlệphânphốigóitinkhácao.Tuynhiên,khilưulượngtruyềntrongmạngtănglên,hiệntượngx ungđộtvàtắcnghẽnthườngxuyênxảyravớimứcđộngàycàngnghiêmtrọng,khiđó,cơchếđịnhtuy ếnvớisốchặngbộclộhạnchế,dẫnđếntỷlệphânphốigóitingiảm,kéotheothônglượnggiảmvàtr ễtrungbìnhtăngnhanh.Khiđó,cáccơchế định tuyến dựa vào chất lượng tuyến đường hay độ dài hàng đợi hoặc phối hợpgiữacácthamsốtrênsẽpháthuyưuđiểm.Kếtquảcũngchothấy,giaothứcđịnhtuyến MM- AODV với bộ hệ số cân bằng( = = = 1/3))∝, β, γ) β γ) thu được các tiêu chíhiệunăngtốtnhất. Một điểm hạn chế mà luận án chưa đánh giá trong nghiên cứu này là giao thứcđềxuấtsẽtiêutốnmộtmứcnănglượngnhấtđịnhkhigửicácgóitinthămdòđếncácnút láng giềng trong một chặng (để nhận được các thông tin về chất lượng liên kết).Tuynhiên,mứctiêutốnnănglượngđólàkhôngđángkểđãđượcchỉratrongtàiliệu.

GiaothứcđịnhtuyếnQ-AODV 1. Cáchtiếpcậnvàýtưởngthiếtkế

• Môphỏngvàphântíchhiệunăng mạng 1. Cácthamsốmô phỏng

Bài toán lựa chọn các tham số địnhtuyếnđểđảmbảoQoSchocácứngdụngMultimedia-MANETvốnrấtphứctạp.Khicó nhiều hơn một tham số định tuyến có kiểuadditivehoặcmultiplicativetham giaovào quá trình xác định tuyến đường, bài toán xác định tuyến đường tối ưu sẽ có độphứctạpNP- CompleteđãđượcchỉratrongMục2.3.2.Đểgiảiquyếtvấnđềđó, mộtchiến lược khả thi là lựa chọn một tham số có kiểuadditivehoặcmultiplicativevàmộtthamsốkiểuminimum. Chúng ta có thể xem băng thông và trễ lần lượt nhưđộ rộngvàchiềudàicủamộttuyếnđường.Nóicáchkhác,bàitoánđịnhtuyếnchocácứngdụngMulti media-MANET nhằm mục đích tìm ra tuyến đường trong mạng, thỏa mãn cácràngbuộcvềdàivàrộng.Sửdụngcácthamsốđịnhtuyếnbăngthôngvàtrễnhưmộtphươngthức thỏahiệpgiữatốcđộdichuyểnvàchiềudàicủatuyếnđường. Lược đồ định tuyến cho hai mô hình trên đều yêu cầu biết các thông tin vềbăngthôngvàtrễcủacáctuyếnđườngứngviêngiữamộtcặpnútnguồn-đích.Trongphần tiếp theo, luận án đi sâu phân tích các kỹ thuật để xác định băng thông và trễcũng như đề xuất giao thức định tuyến Q- AODV cho các ứng dụng Multimedia-MANET.

KếtluậnChương 3

Tómtắt(3):Trongchươngnày,luậnánđềxuấtvàtrìnhbàyhaigiảiphápnhằmmở rộng khả năng hoạt động của mạng MANET, cụ thể như sau: (1) Giải pháp tăngtuổi thọ MANET, mà cụ thể là đề xuất giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượngAERP [J4]. Dựa trên giao thức AERP, luận án tiếp tục đề xuất giao thức định tuyếnHPLR, cải tiến từ AERP nhằm sử dụng năng lượng hiệu quả và cải thiện hiệu năngcho MANET [C4] và (2) Định tuyến kết hợp tìm kiếm dựa trên cơ chế hợp tác giữacácmáychủchomạngCloud- assitedMANET[C3];.

Địnhtuyếntiết kiệmnănglượng 1. Giớithiệu

• Giaothức địnhtuyếnAERP
• Giaothức địnhtuyếnHPLR
• Đánhgiáhiệunăng 1. Cácthamsố mô phỏng

Cuối cùng, nút đích sẽ gửi gói tin RREP với phần tiêu đề như sau {TotalRemainingEnergyvàMinRemainingEnergy,AODVRREP}trởvềnútnguồn.Bằngcác hnày,nútnguồncóthểnhậnđượctấtcảcáctuyếnđườngứngviên.Hình4.3trìnhbày ví dụ minh họa về tập các tuyến đường ứng viên và mức năng lượng còn lại củamỗinúttrongtuyến. ĐểcânbằngvấnđềcảithiệnhiệunăngcũngnhưtuổithọcủaMANET,luậnánđềxuấtgiaoth ứcđịnhtuyếnHPLR,cảitiếntừgiaothứcAERP(Mục4.1.2)vớitrọngtâmlàcảitiếnthuậttoánlựachọ ntuyếnđườngchophépnóluônchọnđượccáctuyếnđườngcóđộtrễthấpvàcảithiệntuổithọmạngcao. ĐểlàmrừcỏccảitiếncủaHPLR,phần này sẽ đi sõu trỡnh bày thuật toỏn chọn tuyến đường của HPLR. Cỏc mục khỏcnhư nguyên lý hoạt động, cấu trúc gói tin điều khiển của HPLR tương tự như củaAERP, đã được trình bày trong các Mục 4.1.2 và Mục 4.1.2.3, do đó, không đượctrìnhbàylạitrongphầnnày. KhônggiốngnhưthuậttoánlựachọntuyếnđườngcủaAERP,trongHPLR,saukhi xác định được tập tuyến đường ứng viên và cập nhật thông tin vào bảng địnhtuyến.Tiếptheo,nútnguồnsẽthựchiệnmộtthuậttoánchọnratuyếnđườngphùhợpvớihairàn gbuộcđượcđịnhnghĩanhưsau:. 1) Đểđảmbảotínhhiệuquảcủathuậttoán,luậnánápdụngmộtkỹthuậtđượcđề xuất gần đây nhằm giới hạn số tuyến ứng viên [3]. Trước hết, chúng ta có thể coi đó là sự cân bằng giữa tổng dunglượngpincònlạicủacảtuyếnvàdunglượngpinnhỏnhấtcònlại.Thứhai,nóchothấy mối quan hệ giữa các nút có ảnh hưởng nhất (ví dụ nút có độ ưu tiên cao nhất)vớicácnútbìnhthườngkháctrongtuyến.Nóicáchkhác,đâychínhlàsựthựcthichínhsáchư utiênđốivớicácnútcómứcnănglượngcạnkiệt.Quanhiềuthửnghiệm,luậnánchọngiátrịβ=0.5tro ngcácmôphỏng.ChitiếtthuậttoánlựachọntuyếnđườngcủaHPLRđượcmôtảbởimãgiảtrong Thuậttoán4.1.

Giảiphápphốihợp mạngMANETvà đámmây 1. Giớithiệu

• Phântíchhiệu quảcủacơchếđềxuất

Ở một góc độ khác, do cơ chế định tuyến của HPLR chỉ xem xét và cân bằngtảitrêncáctuyếncógiớihạntrễnhấtđịnh,dođó,HPLRkhôngchỉcảithiệntrễvàtỷlệ phân phối gói tin như các kết quả đã trình bày mà còn giảm số gói tin phải truyềnlại,từđógiảmtảiđịnhtuyếnvàtăngthônglượngtrongtoànhệthống,Hình4.8. Để giảm chi phí (năng lượng, thời gian) thực hiện giao dịch tìm kiếm dịch vụchoCloud-assitedMANETnhưđãđềcậptrongmụctrước,trướchếtluậnánđềxuấtmột cơ chế hợp tác giữa các Super-Peer. Cơ chế này hoạt động ở tầng ứng dụng vàbaogồmbathủtụcsau:. 1) Thủ tụcThông báo Dịch vụ(TBDV) được thực hiện bởi một Super-Peer mớinhằm thông báo đến các Super-Peer khác trong vùng phủ sự thay đổi về vaitròmớicủanótừmộtmáychủđámmâytrởthànhmộtSuper-Peer. 2) Thủ tụcCập nhật Dịch vụ(CNDV) được triệu gọi bởi một Super-Peer để cậpnhật bản đồ thông tin về nội dung cơ sở dữ liệu mới của nó. Bản đồ thông tinchứa thông tin về dịch vụ của các máy chủ đám mây, các Super-Peer kháccũngnhưthôngtindịchvụcủachínhSuper-Peer. 3) ThủtụcĐiềuphốiDịchvụ(ĐPDV)đượcsửdụngbởimộtSuper-Peerđểtrựctiếp yêu cầu dịch vụ từ các máy chủ đám mây khác thông qua đám mây, hoặcđểchiasẻ cơsởdữ liệucủanóvớicácSuper-Peerkhác. Sau đó, một Super-Peer bất kỳ trong vùng phủ có thể yêu cầu các dịch vụthôngquathủtụcĐPDVcủanóđếncácSuper- Peertrướcđây(đãtừnglàSuper-Peernhưng đến thời điểm hiện tại chỉ đóng vai trò làmáy chủ đám mâydo mất kết nốitrongvùngphủ).

KếtluậnChương 4

500 truy vấn (100 máy chủ đám mây) Phương pháp thông thường Cơ chế hợp tác của chúng tôi. Nội dung luận án đã đạt được mục tiêu đề ra là nghiên cứu đề xuất giao thức,giải pháp để cải thiện hiệu năng mạng MANET. (1) Mạng MANET và bài toán cải thiện hiệu năng; (2) Định tuyến trong mạngMANET; (3) Định tuyến cải thiện hiệu năng mạng MANET và (4) Định tuyến nângcao tuổi thọ của mạng MANET.