Chƣơng 3 GIẢI PHÁP XÂY DỰNG MẠNG THẾ GIỚI NHỎ
3.3. Giải thuật xây dựng mạng thế giới nhỏ dựa trên độ trễ liên kết của các nút
các nút mạng.
a) Giải thuật
Nhằm xây dựng cấu trúc mạng có tính mở rộng, phân tán, và vẫn đảm bảo ổn định trƣớc các thay đổi của các nút tham gia vào mạng, [2],[3] đã đƣa ra giải pháp xây dựng lớp phủ mạng thế giới nhỏ theo phƣơng pháp bản thân các nút tham gia, tự đánh giá thông tin cục bộ mình có để thực hiện theo các thuật toán tham lam có tính ngẫu nhiên nhằm xây dựng mạng.
Với nhận xét về số lƣợng tƣơng quan các liên kết gần, và liên kết xa. Tác giả đề xuất giải pháp xây dựng mạng thế giới nhỏ, dựa trên tỉ lệ các hàng xóm gần các hàng xóm xa của mạng. Với hàng xóm gần là hàng xóm có khoảng cách (độ trễ truyền tin) nhỏ, và ngƣợc lại hàng xóm xa là hàng xóm có khoảng cách lớn.
Hình 19. Tương quan liên kết gần, liên kết xa
Dựa trên nhận định nếu mạng có nhiều hoặc chỉ có những liên kết xa thì mạng sẽ mang tính chất của mạng ngẫu nhiên. Trong trƣờng mạng chỉ có liên kết gần, thì mạng sẽ có tính chất của mạng dạng lƣới đơn giản. Trƣờng hợp số lƣợng liên kết xa chiếm tỉ lệ thấp so với tổng các kết nối của các đỉnh, thì mạng sẽ có tính chất của mạng thế giới nhỏ.
Với nhận định này, giải thuật đƣa ra phƣơng án: các nút sẽ tự xây dựng danh sách hàng xóm của mình theo tiêu chí có nhiều hàng xóm gần nhƣng vẫn đảm bảo có một tỷ lệ hàng xóm xa nhất định.
Để đảm bảo duy trì cấu trúc mạng thế giới nhỏ, thủ tục xây dựng hàng xóm đƣợc gọi khi máy tham gia vào mạng, và sau đó đƣợc lặp lại định kỳ sau từng khoảng thời gian nhỏ. Theo đó danh sách các hàng xóm đƣợc tự động cập nhật định kỳ, hay nói cách khác là tự bản thân các nút, luôn tự động hoàn thiện cấu trúc mạng thế giới nhỏ.
luaChonHangXomTot(n, s, l){n: nút mạng, s: liên kết ngắn, l: liên kết dài
N n.danhSachHangXom; //lấy danh sách hàng xóm
C N U {U v.danhSachHangXom};//lấy danh sách hàng xóm tiềm năng For each node v in C{
D[v] distance(n,v);//lấy khoảng cách giữa n và v }
Sort(D);//sắp xếp
N closest(D, s) U random(D,l) n.danhSachHangXom N; }
Chi tiết giải thuật:
Với cách xây dựng lớp mạng phủ nhƣ trên, các nút mạng ƣu tiên tạo nhiều hàng xóm gần theo tiêu chí độ trễ truyền tin thấp, do đó mật độ các nút có khoảng cách truyền tin thấp có liên kết lẫn nhau là cao. Tóm lại, phƣơng pháp trên sẽ giúp các nút mạng phân nhóm theo độ trễ truyền tin.
b) Đánh giá Ƣu điểm:
Dựa trên đặc điểm về tƣơng quan số lƣợng hàng xóm gần và hàng xóm xa, giải thuật đã xây dựng đƣợc mạng thế giới nhỏ hoàn toàn dựa trên thông tin cục bộ ở các nút mạng. Do danh sách hàng xóm đƣợc các nút mạng chủ động tham cập nhật nên tính ổn định của mạng cao, ngay cả khi có những nút mạng tham gia và rời bỏ mạng.
Toàn bộ thông tin về mạng đều đƣợc phân bổ đều cho các nút tham gia, nên mạng thực sự không có nút điều khiển trung tâm. Ngoài ra, do tính chất của mạng ngẫu nhiên, khi số cạnh đủ lớn thì mạng là liên thông nên thực chất toàn bộ các nút mạng đƣợc kết nối đến nhau.
Nhƣợc điểm:
Tuy có những ƣu điểm trên, nhƣng mạng thế giới nhỏ xây dựng theo tiêu chí ở trên cũng có những hạn chế nhất định.
Để chọn hàng xóm gần, cần thực hiện đo đạc đến một danh sách các nút đang ở trong mạng, do đó chi phí cho bƣớc đo đạc này là cao ảnh hƣởng đến tổng thể số lƣợng các gói tin dùng cho việc duy trì mạng.
Việc kết nạp hàng xóm hoàn toàn dựa trên thông tin một phía của nút tiến hành xây dựng hàng xóm, do vậy kết quả xây dựng hàng xóm của nút này có thể làm ảnh hƣởng đến danh sách hàng xóm của nút kia.
Ta hãy xét ví dụ sau:
Hình 20. Ví dụ về độ trễ truyền tin
Giả sử nút mạng A là nút mạng có hiệu năng cao. Có tốc độ truyền tin đến các hàng xóm là thấp nhƣ hình trên (nét đứt mô tả liên kết có độ trễ cao, nét liên mô tả liên
Dễ thấy, nêu theo thuật toán ở trên, thì nút B, C, D, E, F tất cả sẽ chọn A làm hàng xóm gần, tuy nhiên ở lƣợt chọn hàng xóm của mình nút A loại bỏ bớt một số liên kết chỉ giữ lại những liên kết tốt nhât cho nó chẳng hạn loại bỏ D, E, F, giữ lại B, C.
Quá trình lựa chọn hàng xóm thực hiện định kỳ liên tục, do đó dẫn đến những vòng lặp vô tận ở nút D, E, F thực hiện việc kết nạp A thành hàng xóm gần. Do vậy trong trƣờng hợp này việc xây dựng hàng xóm gần là không hiệu quả vừa làm tăng số lƣợng thông điệp tạo xóa kết nối vừa không hoàn thiện đƣợc cấu trúc của mạng.
Do tính phức tạp không đồng nhất của các nút tham gia vào mạng, nên xác suất để xuất hiện những nút có hiệu năng cao nhƣ A là cao do vậy cần thêm một cơ chế để khắc phục vấn đề này.
3.4. Đề xuất giải thuật cải tiến.