Mùi đặc trưng ở đây là một thứ có thể thay đổi cũng như biến mất. Một con kiến sẽ làm thay đổi nồng độ mùi trên đường (i, j) khi đi từ nút i tới nút j như sau: [6]
τi,j = σ . τi,j +Hτi,j ………
Trong đó σ là hệ số bốc hơi của mùi. Hệ số này phải < 1 để tránh việc tích lũy mùi cũng như hội tụ sớm. Ở một điểm i, một con kiến chọn đi theo đường j, theo xác suất dưới đây:
Pi,j = ((τi,j) α(ɳi,j) β) / ( Ʃ(i,k) ϵ C(τi,k) α (ɳi,k) β)………… Trong đó :
τi,j: là nồng độ mùi trên quãng (i,j)
ηi,j: là tầm nhìn của con kiến trên đoạn (i,j) ( con kiến cho rằng có thức ăn ở đây)
α và β : là các tham số điều khiển sự quan trọng tương đối giữa nồng độ mùi với tầm nhìn của con kiến.
C : thể hiện tập các con đường từ điểm i ( tập (i,k) là đường của C)
3.2.1 Định tuyến sử dụng ACO (Ant colony Optimization)
Việc định tuyến trong mạng MANET là một vấn đề khó khăn vì các đặc điểm về mạng như băng thông giới hạn, mô hình mạng thay đổi theo thời gian và khó đoán. Việc phân tán định tuyến mạng cũng rất phù hợp với việc sử dụng nhiều agent (Con kiến) trong thuật toán ACO. Mạng nói trên có thể mô tả bằng một mô hình trong đó các đỉnh tương ứng với các con kiến và cái cạnh tương ứng là các quãng đường đi giữa các đỉnh. Từ đó, việc định tuyến trong mạng chỉ là việc tìm đường đi ngắn nhất giữa các nút trong biểu đồ và có thể thực hiện dễ dàng bằng thuật toán bầy kiến.
3.2.2 Một số đặc tính của ACO trong việc định tuyến
Các đặc tính cốt lõi giúp ACO trong việc định tuyến :
Cung cấp định tuyến dựa trên hệ số sử dụng đường truyền (thông lượng/băng thông) và định tuyến đa đường
Phụ thuộc vào cả thu thập và theo dõi dữ liệu chủ động và bị động Tận dụng yếu tố ngẫu nhiên.
Không để các ước tính cục bộ ảnh hưởng toàn bộ.
Tạo dựng những đường đi khách quan hơn cách tìm đường ngắn nhất truyền thông cho phép cân bằng tải.
3.3. Thuật toán OLSR
Thuật toán OLSR là một thuật toán định tuyến trạng thái liên kết chủ động hoặc theo bảng. Nó được giới thiệu bởi nhóm chuyên gia IETF MANET dành cho mạng MANET để đảm bảo sự chính xác và ổn định. Các thuật toán định tuyến trạng thái liên kết chọn tuyến đường tốt nhất bằng việc xác định các đặc điểm như băng thông liên kết, độ trễ… Các tuyến đường trạng thái liên kết đáng
tin cậy hơn ổn định và chính xác hơn trong việc tính toán tuyến đường tốt nhất. Để cập nhật mô hình mạng trên các nút, các tin nhắn cập nhật định kì được gửi quảng bá trong toàn mạng. Các trạm chuyển tiếp được sử dụng để truyền tin điều khiển trên mạng. Tính toán tuyến đường được thực hiện trên các trạm này để hình thành tuyến đường tới bất kỳ điểm đích nào trong mạng. Giao thức OLSR được phát triển để hoạt động độc lập với các giao thức khác. Về mặt nguyên tắc, OLSR chứa 3 yếu tố chung nhất: Một kỹ thuật để cảm nhận nút liền kề, một phương thức để truyền tải toàn bộ thông tin điều khiển và một quy tắc về việc chọn và khếch tán thông tin về mô hình mạng để tạo lập tuyến đường tối ưu.
3.3.1. Cảm nhận nút liền kề
Trong OLSR, thông tin từ các nút liền kề được gửi trong mạng theo chu kỳ bằng các tin nhắn “ HELLO”. Những tin nhắn “HELLO” giúp phát hiện thay đổi trong các nút lân cận và các thông tin liên quan như là địa chỉ giao diện, loại đường dẫn đối xứng, bất đối xứng và danh sách cái nút lân cận. Mỗi nút cập nhật và duy trì một danh sách thông tin, mô tả các nút lân cận và các nút cách hai bước nhảy theo kiểu định kì.
3.3.2. Các trạm chuyển tiếp đa điểm (MPR)
Ý tưởng của các trạm chuyển tiếp đa điểm để giảm tối thiểu chi phí gửi kiểu phát tràn (flooding) toàn bộ gói tin trong mạng bằng việc bằng việc giảm các việc truyền lại các gói tin thừa. Trong truyền tin đa điểm, một nút được chọn bởi một nút liền kề để truyền lại các gói tin quảng bá mà nó đã nhận từ một nút khác, nếu gói tin đó chưa từng được truyền trước đây và thời gian sống của gói tin đó lớn hơn một. Trong giao thức OLSR, chuyển tiếp đa điểm sử dụng các tin nhắn “HELLO” để tìm các nút lân cận hoặc gần lân cận (cách 2 bước nhảy - hop) nhờ phản hồi của chúng. Mỗi nút có một tập các lựa chọn trạm chuyển tiếp, bản thân nó cũng là một trạm chuyển tiếp. Gói tin được truyền tiếp sau khi nút nhận được một gói tin và địa chỉ nguồn gói tin được lưu trong tập lựa chọn. Tập lựa chọn được cập nhật định kì nhờ các tin nhắn “HELLO” từ các nút lân cận vì bản chất linh hoạt của MANET.
3.3.3. Thông tin kiểm soát cấu trúc
Các thông tin kiểm soát cấu trúc cũng được lan truyền với mục đích cho các nút trong mạng để cung cấp thông tin về trạng thái liên kết cho phép tính toán định tuyến. Các thông tin này được truyền quảng bá định kì bởi 1 nút.
Giống như gói tin “HELLO”, các gói tin kiểm soát cấu trúc này được gửi cho toàn bộ mạng.
3.3.4. Tìm đường định tuyến
Để hoạt động một cách phân tán, OLSR không có một đơn vị xử lý tập trung nào cả. Mỗi nút sẽ đóng vai trò 1 trạm chuyển tiếp đa điểm, chịu trách nhiệm truyền gói tin điều khiển bằng phương pháp tràn tin (Flooding). Mỗi nút duy trì một thông tin về cấu trúc hệ thống trong khi các trạm chuyển tiếp khác sẽ tìm ra một con đường tới đích bằng việc thông báo và trao đổi thông tin với các trạm khác. Tin nhắn “HELLO” được phát quảng bá theo chu kỳ cho các nút lân cận để phát hiện và lựa chọn. Nó chứa các thông tin về chu kỳ gửi của trạm hiện tại và cũng chứa các thông tin về sự sẵn sàng truyền tin. Các thông tin về mỗi nút là dạng của liên kết, địa chỉ giao diện, và dạng nút liền kề. Các nút liền kề có các dạng: đối xứng, một trạm MPR khác hoặc không phải liền kề. Dạng của liên kết thể hiện xem đó có phải một liên kết đối xứng, bất đối xứng hoặc liên kết đã hỏng. Một nút được chọn làm một trạm chuyển tiếp nếu liên kết với các nút bên cạnh nó là đối xứng. Một nút xây dựng lên một bảng định tuyến 1 bước nhảy với các thông tin nhận từ tin “HELLO”. Nó sẽ bỏ qua các gói tin có cùng số sequence number để loại bỏ lặp. Các nút sẽ cập nhật bảng định tuyến khi các nút liền kề có thay đổi hoặc đường đi đã bị hỏng. OLSR không yêu cầu gửi tuần tự các gói tin vì các gói điều khiển đã chứa một dãy sequece number được tăng dần cho mỗi gói.
3.3.5. Định tuyến từ nguồn
Rất nhiều đường đi có thể tính toán ra giữa một cặp nguồn và đích, và chúng độc lập với nhau thậm chí không có điểm nút nào chung. Tuy nhiên, vì đặc tính của nút tiếp theo trong OLSR, nút có thể gửi dữ liệu dựa theo bảng định tuyến của riêng nó, và nếu nút tiếp theo chưa phải đích, nguồn sẽ tiếp tục gửi, và sẽ đi theo nhiều con đường khác nhau. Để tránh vấn đề cho việc định tuyến nút tiếp theo trong giao thức OLSR chuẩn, chúng ta dùng nút nguồn trong việc việc định tuyến đa đường. Khi một nút tính toán một đường đi, đường đi này được lưu lại trong bảng định tuyến. Khi nguồn gửi dữ liệu theo đường đó, nó thêm nguồn vào IP header của dữ liệu. Từ đó, nút chuyển tiếp chỉ cần lấy dữ liệu từ IP HEADER của dữ liệu để truyền tin thay vì phải tính toán lần nữa theo giao thức OLSR chuẩn.
3.4. Triển khai thuật toán ACO
Thuật toán được đưa ra chia thành 2 giai đoạn: Giai đoạn tìm đường và giai đoạn duy trì đường định tuyến. Khi một nút nguồn muốn truyền dữ tới một đích với một yêu cầu về QOS nhất định, nó bắt đầu giai đoạn tìm đường. Một khi đường này đã được tìm ra, quá trình truyền dữ liệu sẽ bắt đầu. Trong khi truyền dữ liệu, yêu cầu về việc duy trì đường truyền dữ này sẽ được đặt ra. Đặc biệt là trong mạng MANET, việc duy trì này càng quan trọng, đó là lúc giai đoạn 2 bắt đầu.
3.4.1. Giai đoạn tìm đường định tuyến
Giả sử nguồn S có dữ liệu cần gửi tới đích D với QoS yêu cầu tốc độ truyền cao hơn, độ trễ thấp, và băng thông lớn hơn. Một danh sách các nút đã được con kiến đi qua (danh sách đã thăm) sẽ được tạo ra chứa quãng đường định tuyến từ nguồn tới đích.
Bước 1. Chọn nút nguồn làm điểm đầu tiên, danh sách nút đã thăm sẽ được khởi tạo từ đây.
Bước 2. S sẽ tạo một con-kiến-tìm-đường tới đích D qua các nút liền kề chỉ cách nó 1 bước đi từ S. Con-kiến-tìm-đường này chứa địa chỉ nguồn S, địa chỉ đích D, đã đi được bao nhiêu bước và lượng thông tin.
Bước 3. Sau đó "nồng độ mùi đặc trưng" [trang 32/LVCH] của tất cả các nút liền kề sẽ được tính toán. Mỗi nút i sẽ duy trì một bảng PMTab, đây là bảng chứa nồng độ mùi đặc trưng trên liên kết từ (i, j).
Bước 4. Tính nồng độ mùi của các nút cách nguồn 2 bước đi.
Bước 5. Tính toán xác suất chọn đường đi Pi,j của mỗi đường bắt đầu từ nguồn S dựa trên nồng độ mùi trên mỗi nút [trang 32,33/LVCH].
Một nút j từ một tập các nút liền kề (j, k…. n) của i sẽ được chọn làm MPR (trạm chuyển tiếp) để chuyển tiếp gói tin từ i sao cho đường này có xác suất lớn hơn các đường khác.
Bước 6. Nếu đường đi này được chọn, nó được lưu lại trong hệ thống. Bước 7. Khi con-kiến-tìm-đường tới được đích D, nó sẽ trở thành con- kiến –phản-hồi và được gửi lại nguồn ban đầu. Con-kiến-phản-hồi sẽ đi đường ban đầu nó đã đi nhưng theo chiều ngược lại.
Bước 8. Tập các đường có xác suất (nồng độ mùi đặc trưng) cao hơn sẽ được coi là tuyến đường đối ưu và dữ liệu có thể được truyền theo đường đó.
3.4.2. Giai đoạn duy trì đường định tuyến
Trong suốt quá trình truyền tin diễn ra, đoạn đường liên tục được tăng cường nồng độ mùi đặc trưng làm nó càng nổi bật trong những lần lựa chọn tiếp theo. Trong phiên làm việc, tải trên quãng đường này cũng tăng lên có thể gây ra trì hoãn và băng thông phục vụ thấp hơn. Nút có thể gặp phải tình trạng lỗi liên kết. Trong các trường hợp như thế, xác suất của tuyến đường đó sẽ giảm tự động và các tuyến đường thay thế có thể được sử dụng vì giai đoạn tìm đường vẫn tiếp tục. Các tuyến đường thay thế vẫn được kiểm tra định kì cho dù chúng đang không được sử dụng.
3.5.Kết luận
Chiến lược định tuyến trên có thể được tối ưu để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện trong mạng MANET dựa trên thuật toán ACO. Sự phức tạp chính trong mạng MANET là việc duy trì QOS trong khi mô hình mạng liên tục thay đổi, thiếu đi sự tập trung xử lý, QOS phụ thuộc thời điểm,… Thách thức còn tồn tại trong mạng MANET là tìm một đường đi giữa các điểm đầu cuối thỏa mãn QOS cho người dùng và được giữ ổn định và liên tục. Thuật toán đã đưa ra bao gồm cả những thành phần chủ động và bị động. Trong quá trình thiết lập tuyến đường, một lựa chọn cho nhiều đường khác nhau có thể đưa ra để có thể tìm được một tuyến đường giữa nguồn và đích trong quá trình truyền tin. Để dữ liệu đa phương tiện có thể truyền, chúng ta cần những tuyến đường ổn định, không có lỗi và để những tuyến đường như thế liên tục được theo dõi và cải thiện một cách chủ động. Giải pháp được đưa ra dựa trên bản năng của loài kiến để tìm kiếm nhiều tuyến đường giữa nguồn và đích. Những con kiến agent được sử dụng để chọn nhiều nút và những nút đó lại sử dụng những con kiến agent để tạo lập kết nối tạm thời. Trong tương lai, công việc này có thể sử dụng trong việc mở rộng truyền phát đa hướng sử dụng trong cân bằng tải cũng như tiết kiệm năng lượng.
CHƯƠNG 4. Định tuyến đảm bảo QoS trong Manets dựa trên thông số vị trí và năng lượng
4.1. Tổng quan
Mobile Adhoc là một mạng lưới có tính năng động cao. Chất lượng dịch vụ (QoS) trong nhiều mạng lưới thường bị giới hạn bởi sự cố đứt mạng do tính
di động cửa các nút hoặc do sự suy giảm năng lượng cửa các node di động. Ngoài ra, để đáp ứng các tham số chất lượng nhất định, cần có sự hỗ trợ trong việc phân phối lưu lượng dẫn và độ tin cậy tối ưu trong trường hợp bị mất đường truyền. Do đó, để giải quyết vấn đề như trên, tôi xin trình bày giao thức Định tuyến đa đường node rời rạc có xét đến liên kết và ổn định node. Số liệu được sử dụng được chọn hướng đến sự ổn định của các nodevà các liên kết tương ứng.
4.2. Giới thiệu
Mạng MANET là tập hợp các node di động / bán di động không có cơ sở hạ tầng được thiết lập sẵn trước đó, hình thành nên một mạng lưới tạm thời. Mỗi node di động trong mạng hoạt động như một bộ định tuyến. Các mạng như vậy được đặc trưng bởi: cấu trúc liên kết động, sự tồn tại của các băng thông bị hạn chế và liên kết dung lượng giá trị, các hoạt động bị hạn chế năng lượng và rất dễ bị đe dọa bảo mật.Do các lý do như trên, định tuyến là một vấn đề lớn trong mạng ad hoc. Các giao thức định tuyến cho mạng MANET đã được phân loại là:
Các giao thức định tuyến chủ động / điều khiển bảng, ví dụ: Vector khoảng cách tuần tự điểm đến (DSDV), Định tuyến trạng thái liên kết được tối ưu hóa (OLSR). Trong định tuyến chủ động, mỗi node có một hoặc nhiều bảng chứa thông tin mới nhất của các tuyến đến bất kỳ node nào trong mạng.Mỗi hàng của bảng có bước nhảy tiếp theo để tiếp cận một node / mạng con và chi phí của tuyến đường này. Các giao thức điều khiển bảng khác nhau về cách mà thông tin thay đổi cấu trúc liên kết được truyền qua tất cả các node trong mạng. Hai loại cập nhật bảng trong các giao thức chủ động là cập nhật định kỳ và cập nhật được kích hoạt. Định tuyến chủ động có xu hướng lãng phí băng thông và năng lượng trong mạng do phải phát các bảng / cập nhật định tuyến. Hơn nữa, khi số lượng nút trong MANET tăng lên, kích thước của bảng sẽ tăng lên; điều này có thể trở thành một vấn đề trong chính nó.
Các giao thức định tuyến kiểu phản ứng / theo yêu cầu, ví dụ: Giao thức định tuyến nguồn động (DSR), Giao thức định tuyến Vector khoảng cách theo yêu cầu (AODV), Thuật toán định tuyến theo thứ tự tạm thời(TORA). Chúng không bảo trì hoặc liên tục cập nhật bảng lộ trình của mình với cấu trúc liên kết tuyến mới nhất. Thay vào đó, khi một node nguồn muốn truyền thông điệp, nó sẽ đưa một truy vấn vào mạng để khám phá tuyến đường đến điểm cuối.Tuyến được phát hiện sẽ được duy trì cho đến khi node cuối cùng trở nên không thể truy cập được hoặc cho đến khi tuyến không còn mong muốn kéo dài hơn nữa.
Các giao thức trong lớp này khác nhau trong việc xử lý các bộ đệm tuyến và trong cách xử lý các tuyến khám phá và tuyến hồi đáp. Các giao thức phản ứng thường được coi là hiệu quả khi phát hiện tuyến được sử dụng khá ít khi so với truyền dữ liệu. Mặc dù cấu trúc liên kết mạng thay đổi linh hoạt, tắc nghẽn lưu lượng mạng sinh ra bởi bước khám phá tuyến đường thấp hơn so với tổng băng thông truyền thông.
Các giao thức định tuyến kiểu hỗn hợp, ví dụ: Giao thức định tuyến vùng (ZRP), Giao thức định tuyến hỗn hợp Ad hoc (HARP)... Cả hai giao thức chủ động và phản ứng hoạt động đều tốt cho các mạng lưới có số lượng node nhỏ.Khi số lượng node tăng lên, các giao thức phản ứng / chủ động hỗn hợp được sử dụng để đạt được hiệu suất cao hơn. Các giao thức hỗn hợp cố gắng để