luận án tiến sĩ giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng iot với giao thức coap

IPI Inter-packet interval KhoÁng thái gian giÿa 2 gói tin liên tiÃp Tá chāc viÉn thông quác tà - L*nh vāc tiêu chuẩn viÉn thông M2H Machine to Human TruyÅn tin máy - ng°ái M2M Machine to

GIÀI PHÁP ĐIÂU KHIÄN TÀC NGH¾N TRONG M¾NG

HàC VIÈN CÔNG NGHÈ B¯U CHÍNH VIÆN THÔNG

GIÀI PHÁP ĐIÂU KHIÄN TÀC NGH¾N TRONG M¾NG

Tôi xin cam đoan luÁn án <GiÁi pháp điÅu khiÇn tÃc nghÁn trong m¿ng IoT vßi giao thāc CoAP= là công trình nghiên cāu cÿa tôi, d°ßi sā h°ßng d¿n cÿa PGS.TSKH Hoàng Đăng HÁi và TS Ph¿m ThiÃu Nga Các kÃt quÁ đ°ÿc trình bày trong luÁn án là hoàn toàn trung thāc và không xung đåt vßi bÃt kỳ tác giÁ nào khác Các sá liËu trong luÁn án đ°ÿc sử dāng là trung thāc, måt phÅn đã đ°ÿc công bá trên các t¿p chí khoa học chuyên ngành vßi sā đßng ý và cho phép cÿa đßng tác giÁ

Người cam đoan

Lê Thị Thùy Dương

ĐÇ hoàn thành luÁn án tôi xin bày tß lòng biÃt ¢n sâu sÃc đÃn PGS.TSKH Hoàng Đăng HÁi – Học viËn Công nghË B°u chính viÉn thông và TS Ph¿m ThiÃu Nga – Đ¿i học xây dāng Hà Nåi đã tÁn tình h°ßng d¿n, t¿o mọi điÅu kiËn và giúp đỡ tôi thāc hiËn và hoàn thành luÁn án này

Tôi xin trân trọng cÁm ¢n các thÅy cô giáo cÿa Học viËn Công nghË B°u chính viÉn thông đã có nhÿng nhÁn xét khoa học chân thành và sâu sÃc trong các buái báo cáo định h°ßng và tiÃn đå nghiên cāu cũng nh° báo cáo chuyên đÅ và tiÇu luÁn táng quan

Tôi cũng xin trân trọng cÁm ¢n các thÅy cô trong khoa ViÉn thông và khoa Đào t¿o sau đ¿i học, Học viËn Công nghË B°u chính viÉn thông đã giÁng d¿y và giúp đỡ nhiËt tình trong suát quá trình học tÁp t¿i Học viËn B°u chính viÉn thông

Tôi biÃt ¢n nhÿng ng°ái thân trong gia đình đã luôn bên tôi, nhÿng đßng nghiËp, b¿n bè đã đång viên đÇ tôi có thÇ hoàn thành bÁn luÁn án

Nghiên cứu sinh

Lê Thị Thùy Dương

DANH MĀC CÁC TĂ VIÂT TÂT vi

DANH MĀC CÁC KÝ HIÊU viii

1.3.1 ĐiÅu khiÇn vòng hã và điÅu khiÇn vòng kín 15

1.3.2 ĐiÅu khiÇn dāa cửa sá và điÅu khiÇn dāa tác đå 16

1.3.3 ĐiÅu khiÇn tÃc nghÁn m¿ng IoT 17

1.4 ĐiÅu khiÇn má và khÁ năng áp dāng cho điÅu khiÇn tÃc nghÁn 18

1.4.1 Logic má 18

1.4.2 ĐiÅu khiÇn má 20

1.4.3 KhÁ năng áp dāng điÅu khiÇn má cho điÅu khiÇn tÃc nghÁn 22

1.5 Giao thāc CoAP 24

1.5.1 Ho¿t đång cÿa CoAP 24

1.5.2 C¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cÿa CoAP 25

1.6 Các nghiên cāu liên quan cÁi tiÃn CoAP và nhÿng tßn t¿i 26

1.6.1 Các nghiên cāu liên quan cÁi tiÃn CoAP 26

1.6.2 Nhÿng tßn t¿i cÿa CoAP và cÿa các nghiên cāu liên quan 31

1.7 Các tham sá đánh giá hiËu năng giao thāc CoAP 34

1.8 KÃt luÁn ch°¢ng 1 35

CH¯¡NG 2 MÔ HÌNH TRUYÄN CHUâI GÓI VÀ GIAO THĀC RCoAP ĐIÄU KHIÆN TÂC NGHÀN DĀA VÀO TàC Đä 37

2.1 Mô hình phân tích cho truyÅn chuãi gói tin cÁy vßi CoAP 37

2.1.1 S¢ đß lußng tin kÃt nái đÅu cuái cÿa CoAP trong m¿ng IoT 37

2.1.2 Mô hình điÅu khiÇn tÃc nghÁn cho CoAP 38

2.1.3 Tính toán tác đå phát chuãi gói tin cÿa CoAP 40

2.2 ĐÅ xuÃt giao thāc RCoAP 45

2.2.1 C¢ chà ho¿t đång và điÅu khiÇn tÃc nghÁn cÿa RCoAP 45

2.2.2 Các tr¿ng thái cÿa giao thāc RCoAP 47

2.2.3 Các thuÁt toán c¢ bÁn cÿa giao thāc RCoAP 48

2.3 Tính toán hiËu năng giao thāc RCoAP 53

2.3.3 Thông l°ÿng 54

2.3.4 Các tham sá hiËu năng khác 54

2.4 KÃt quÁ mô phßng cho RCoAP 55

2.4.1 ThiÃt lÁp môi tr°áng mô phßng 55

3.1 GiÁi pháp điÅu khiÇn tÃc nghÁn sử dāng hË điÅu khiÇn má 69

3.1.1 S¢ đß giÁi pháp và các tham sá điÅu khiÇn 69

3.1.2 Phát hiËn sßm tÃc nghÁn 70

3.1.3 Tính toán băng thông cá chai và tÁi l°u l°ÿng chuãi gói 71

3.1.4 Lāa chọn đÅu vào cho hË điÅu khiÇn má 72

3.1.5 Lāa chọn đÅu ra cho hË điÅu khiÇn má 75

3.2 ThiÃt kà hË tháng điÅu khiÇn má 76

3.2.1 Má hóa 76

3.2.2 C¢ sã luÁt má 79

3.2.3 Mô t¢ suy diÉn má 80

3.2.4.GiÁi má, điÅu chÍnh tác đå phát, cÁp nhÁt RTO 81

3.3 Giao thāc FCoAP cho điÅu khiÇn tÃc nghÁn m¿ng 81

3.3.1 C¢ chà điÅu khiÇn cÿa FCoAP 81

3.3.2 Các tr¿ng thái cÿa giao thāc FCoAP 84

3.3.3 Các thuÁt toán cÿa giao thāc FCoAP 85

3.4 Tính toán hiËu năng giao thāc FCoAP 88

3.4.1 Đå trÉ đÅu cuái cÿa FCoAP 88

3.4.2 Thông l°ÿng cÿa FCoAP 90

3.5.3 Các thông sá hiËu năng khác 90

3.5 KÃt quÁ mô phßng đánh giá FCoAP 90

3.5.1 ThiÃt lÁp môi tr°áng mô phßng cho FCoAP 90

3.5.2 Kịch bÁn 3.1: KiÇm tra ho¿t đång cÿa hË điÅu khiÇn má 92

3.5.3 Kịch bÁn 3.2: So sánh hiËu năng FCoAP và CoAP 94

3.5.4 Kịch bÁn 3.3: HiËu năng FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng UDP thay đái 96

3.5.5 Kịch bÁn 3.4: HiËu năng FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng CoAP hãn hÿp 98

3.5.6 Kịch bÁn 3.5: FcoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng TCP/UDP hãn hÿp 100

3.5.7 Kịch bÁn 3.6: So sánh FCoAP vßi CoAP, CoCoA, CoCoA+ 101

3.6 So sánh FCoAP vßi RCoAP 103

3.7 KÃt luÁn ch°¢ng 3 109

KÂT LUÀN 110

A Đóng góp mßi cÿa luÁn án 111

B H°ßng phát triÇn tiÃp 111

Tă viÁt tÁt TiÁng Anh TiÁng ViÉt

6LoWPAN Ipv6 protocol over low

power wireless PAN Giao thāc IPv6 vßi m¿ng vùng hẹp không dây công suÃt thÃp

ABF Adaptive-boundary Backoff

Factor HË sá lùi thích nghi ACK Acknowledgement Gói tin báo nhÁn AIAD Additive Increase / Additive

Decrease Tăng cång/GiÁm cång AIMD Additive Increase

Multiplicative Decrease Tăng cång giÁm nhân AMQP Advanced Message Queuing

Protocol Giao thāc xÃp hàng tin nhÃn nâng cao BBR Bottleneck Bandwidth and

Round-trip propagation time Tích băng thông cá chai và thái gian

BEB Binary Exponential Backoff Lùi theo hàm mũ nhị phân

BUNCON Basic Uncconfirmable Lußng CoAP ã chà đå không tin cÁy CoAP Constrained Application

CoCoA Simple Congestion Control

Advanced BÁn cÁi tiÃn CoAP có c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cÁi tiÃn đ¢n giÁn

CoG Center-of-Gravity Trung bình trọng tâm CON Confirmable Gói tin truyÅn tin cÁy CWDN Congestion Window Cửa sá tÃc nghÁn

DNS Domain Name System HË tháng phân giÁi tên miÅn ETSI European

Telecommunications Standards Institute

ViËn tiêu chuẩn viÉn thông Châu Âu FASOR Fast-Slow RTO BÁn cÁi tiÃn CoAP sử dāng tính RTO

nhanh và chÁm FCS Fuzzy Control System HË điÅu khiÇn má

Fuzzy-RED Fuzzy Random Early Drops Lo¿i bß gói ng¿u nhiên sßm sử dāng điÅu khiÇn má

H2E Human to Environment TruyÅn tin ng°ái – vßi môi tr°áng H2M Human to Machine TruyÅn tin ng°ái - vßi máy

HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thāc truyÅn tÁi siêu văn bÁn ICN Information Concentric

Networks M¿ng tÁp trung thông tin IEEE Insitute of Electrical and

Electronics Engineers ViËn kā s° điËn và điËn tử IETF Internet Engineering Task

Force Tá chāc chuyên trách vÅ kā thuÁt Internet

IPI Inter-packet interval KhoÁng thái gian giÿa 2 gói tin liên tiÃp

Tá chāc viÉn thông quác tà - L*nh vāc tiêu chuẩn viÉn thông

M2H Machine to Human TruyÅn tin máy - ng°ái M2M Machine to Machine TruyÅn tin máy vßi máy

MAC Medium Access Control ĐiÅu khiÇn truy nhÁp môi tr°áng MQTT Message Queue Telemetry

Transport Giao thāc truyÅn tÁi tă xa hàng đÿi bÁn tin

NON Non-confirmable Gói tin truyÅn không tin cÁy PBF Probability of Backoff

Factor

HË sá xác suÃt cÿa c¢ chà lùi RAP Rate Adaptation Protocol Giao thāc thích nghi tác då RCAP Rate Control Adaptive

Protocol Giao thāc điÅu khiÇn tác đå thích nghi RCoAP Rate-based CoAP BÁn cÁi tiÃn CoAP điÅu khiÇn tÃc nghÁn

dāa vào tác đå

RED Random Early Drop Lo¿i bß gói ng¿u nhiên sßm

RES Reset BÁn tin báo hÿy kÃt nái thiÃt lÁp mßi REST Representational State

Transfer ChuyÇn tr¿ng thái đ¿i diËn

RFC Request for Comments Tiêu chuẩn Internet cÿa tá chāc IETF ROTT relative one-way trip time Thái gian đi måt chiÅu t°¢ng đái RTO Retransmission Timeout Định thái phát l¿i

RTT Round Trip Time Thái gian quay vòng TCP Transmission Control

Protocol Giao thāc điÅu khiÇn truyÅn tÁi

TFRC TCP Friendly Rate Control Giao thāc điÅu khiÇn tác đå thân thiËn XMPP Extensible Messaging and

Presence Protocol Giao thāc hiËn diËn và nhÃn tin mã rång

Ký hiÉu Ý ngh*a Đ¢n vß đo

ñ(k) Thông l°ÿng đo đ°ÿc ã thái điÇm k bps

ñ(S) Hàm thông l°ÿng, là hàm sá cÿa S bps

RTTr Đå biÃn thiên t°¢ng đái cÿa RTT Ms ñt(k) Thông l°ÿng tāc thái cÿa lußng tin trong måt khoÁng thái gian

BG(k) Tÿ sá cÿa thông l°ÿng trên băng thông cá chai lßn nhÃt t¿i thái

BWmax(k) Băng tháng cá chai tái đa cÿa kÃt nái t¿i k bps

D0 Đå trÉ gói tin måt chiÅu cÿa gói tin đÅu tiên trong lußng tin ms

DTB Đå trÉ gói tin trung bình cÿa lußng tin ms

N Sá gói tin phát đi trong måt phiên kÃt nái gói

Nk Sá gói tin đ°ÿc phát đi thành công (nhÁn đ°ÿc ACK) trong chu

Rmax Tác đå tái đa cho phép phā thuåc vào āng dāng và điÅu kiËn

Rr(k) Tác đå xử lý cÿa bên nhÁn trong chu kỳ k bps

RTOinit Giá trị RTO đ°ÿc dùng cho lÅn phát gói kà tiÃp ms

RTTm(k) RTT đo thāc tà t¿i thái điÇm k ms

RTTmin(k) Giá trị RTT nhß nhÃt tính đÃn thái điÇm k ms

RTTS(k) Giá trị RTT trung bình theo ph°¢ng pháp EWMA ms

RTTVARx Giá trị °ßc trung bình °ßc tính cÿa RTT theo 2 chà đå m¿nh,

Hình 1.1 KiÃn trúc m¿ng ICN 11

Hình 1.2 KiÃn trúc m¿ng ICN cā thÇ cho các āng dāng IoT 11

Hình 1.3 S¢ đß tóm l°ÿc các giao thāc chính cÿa IoT 11

Hình 1.4 Mái quan hË giÿa các đ¿i l°ÿng a) theo thái gian, b) theo tÁi l°u l°ÿng 13

Hình 1.5 Ví dā vÅ tr°áng hÿp nghÁn cá chai 14

Hình 1.6 C¢ chà tăng cång – giÁm nhân cÿa TCP 16

Hình 1.7 Cách biÇu diÉn hàm thuåc a) hình thang, b) hình tam giác 19

Hình 1.8 Mô hình hË tháng điÅu khiÇn má 20

Hình 1.9 Tiêu đÅ cá định cÿa gói tin CoAP 24

Hình 1.10 CÃu trúc måt gói tin CoAP 24

Hình 1.11 Ví dā vÅ chà đå truyÅn tin cÁy (a) và không tin cÁy (b) 25

Hình 1.12 a) Trao đái gói tin CON và ACK, b) Các lÅn phát l¿i 26

Hình 2.1 S¢ đß lußng tin kÃt nái đÅu cuái cÿa CoAP trong m¿ng IoT 37

Hình 2.2 Mái quan hË giÿa các đ¿i l°ÿng điÅu khiÇn (dāa theo [64,27]) 38

Hình 2.3 Các chu kỳ phát gói tin theo chuãi cÿa CoAP 40

Hình 2.4 S¢ đß triÇn khai RCoAP t¿i bên gửi và bên nhÁn 45

Hình 2.5 Bán tr¿ng thái cÿa giao thāc RCoAP 47

Hình 2.17 Đå trÉ 3 lußng RCoAP (trong sá 10 lußng) 61

Hình 2.18 Thông l°ÿng 3 lußng RCoAP (trong sá 10 lußng) 62

Hình 2.19 Đå trÉ trung bình cÿa 10 lußng RCoAP và 10 lußng CoAP 62

Hình 2.20 Thông l°ÿng trung bình cÿa 10 lußng RCoAP và 10 lußng CoAP 63

Hình 2.21 Đå trÉ RcoAP và CoAP 64

Hình 2.22 Thông l°ÿng RCoAP và CoAP 64

Hình 2.23 Đå trÉ trung bình cÿa 10 lußng RCoAP và 10 lußng CoAP 65

Hình 2.24 Thông l°ÿng trung bình cÿa 10 lußng RCoAP và 10 lußng CoAP 65

Hình 3.1 S¢ đß giÁi pháp điÅu khiÇn má 70

Hình 3.2 a) BiÃn thiên RTT b) BiÃn thiên băng thông cá chai 70

Hình 3.3 BiÃn thiên tÁi l°u l°ÿng và BDP cÿa CoAP 72

Hình 3.4 a) BiÃn thiên RTT khi tÃc nghÁn và b) BiÃn thiên t°¢ng āng cÿa RT(k) 73

Hình 3.5 a) BiÃn thiên thông l°ÿng b) BiÃn thiên BG_gradient 75

Hình 3.6 Mô hình hË tháng điÅu khiÇn má 76

Hình 3.7 a) Các hàm thuåc cho RT_gradient, b) Các hàm thuåc cho BG_gradient 77

Hình 3.8 a) Đå thuåc RT_gradient=0.7, b) Đå thuåc BG_gradient=0.65 78

Hình 3.9 Các hàm thuåc cho đÅu ra C_degree 79

Hình 3.10: TÁp má kÃt quÁ đÅu ra 81

Hình 3.13 BiÃn thiên RT_gradient, BG_gradient và C_degree 92

Hình 3.14 BiÃn thiên C_degree cÿa ba lußng FCoAP 92

Hình 3.15 Đå trÉ cÿa FCoAP 93

Hình 3.16 Thông l°ÿng cÿa FCoAP 93

Hình 3.17 Đå trÉ cÿa FCoAP và CoAP 95

Hình 3.18 Thông l°ÿng FCoAP và CoAP 95

Hình 3.19 Đå trÉ cÿa FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng UDP thay đái 96

Hình 3.20 Sá lÅn phát l¿i cÿa FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng UDP thay đái 97

Hình 3.21 Phát l¿i đúp cÿa FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng UDP thay đái 97

Hình 3.22 Thông l°ÿng cÿa FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng UDP thay đái 97

Hình 3.23 Đå trÉ cÿa FCoAP và CoAP khi l°u l°ÿng CoAP hãn hÿp 99

Hình 3.24 Thông l°ÿng cÿa FCoAP và CoAP khi l°u l°ÿng CoAP hãn hÿp 99

Hình 3.25 Đå trÉ cÿa FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng nÅn TCP/UDP 100

Hình 3.26 Thông l°ÿng cÿa FCoAP và CoAP khi có l°u l°ÿng nÅn TCP/UDP 101

Hình 3.27 So sánh đå trÉ cÿa FCoAP, CoAP, CoCoA và CoCoA+ 102

Hình 3.28 So sánh thông l°ÿng cÿa FCoAP, CoAP, CoCoA và CoCoA+ 102

Hình 3.29 Đå trÉ cÿa FCoAP và RCoAP trong chặng đ¢n 105

Hình 3.30 Thông l°ÿng cÿa FCoAP và RCoAP trong chặng đ¢n 106

Hình 3.31 Đå trÉ cÿa FCoAP và RCoAP trong chặng dài 107

Hình 3.32 Thông l°ÿng cÿa FCoAP và RCoAP trong chặng dài 108

DANH MĀC CÁC BÀNG BÁng 2.1: Các ký hiËu cho mô hình phân tích 39

BÁng 2.2: Các ký hiËu tính toán hiËu năng RCoAP 53

BÁng 2.3: Các tham sá chính đÇ thiÃt lÁp mô phßng RCoAP 56

BÁng 2.4: So sánh hiËu năng cÿa RCoAP và các giao thāc CoAP khác 59

BÁng 2.6: So sánh RCoAP và CoAP khi đå trÉ liên kÃt D = 70ms 63

BÁng 2.7: So sánh RCoAP và CoAP khi đå trÉ liên kÃt D =120ms 65

BÁng 2.8: Các cÁi tiÃn cÿa RCoAP so vßi CoAP, CoCoA và CoCoA+ 67

BÁng 3.1: TÁp luÁt má 79

BÁng 3.2: Các tham sá chính đÇ thiÃt lÁp mô phßng RCoAP 91

BÁng 3.3: So sánh hiËu năng cÿa các lußng tin FCoAP 94

BÁng 3.4: So sánh hiËu năng cÿa FCoAP và CoAP 94

BÁng 3.5: HiËu năng cÿa FCoAP và COAP khi có l°u l°ÿng UDP thay đái 98

BÁng 3.6: So sánh hiËu năng cÿa FCoAP và các giao thāc CoAP khác 103

BÁng 3.7: So sánh FCoAP và RCoAP trong đ¢n chặng 106

BÁng 3.8: So sánh FCoAP và RCoAP trong chặng dài 108

Mê ĐÄU 1 Lý do chán đà tài và tráng tâm nghiên cāu

Trong vài năm gÅn đây, Internet v¿n vÁt (IoT-Internet of Things) đã trã thành phá biÃn trong nhiÅu l*nh vāc āng dāng Nhÿng tiÃn bå công nghË trong các l*nh vāc điËn tử, viÉn thông và công nghË thông tin, điÇn hình là công nghË cÁm biÃn và m¿ng vô tuyÃn đã t¿o đång lāc cho sā ra đái cÿa kÿ nguyên kÃt nái Internet v¿n vÁt Theo các tá chāc tiêu chuẩn quác tà [54, 56], IoT là m¿ng kÃt nái các thāc thÇ (thiÃt bị) có khÁ năng thu thÁp, xử lý và trao đái dÿ liËu thông qua Internet IoT kÃt nái đa d¿ng thiÃt bị mọi lúc mọi n¢i, tă các thiÃt bị đ¢n giÁn gÃn các cÁm biÃn cho tßi các thiÃt bị thông minh nh° điËn tho¿i thông minh, thiÃt bị theo dõi sāc khße Thông qua kÃt nái các thiÃt bị thông minh vßi Internet, måt nÅn tÁng m¿ng mßi đ°ÿc hình thành cho phép phát triÇn hàng lo¿t āng dāng mßi nh° ngôi nhà thông minh, đô thị thông minh, chăm sóc sāc khße, giám sát môi tr°áng, v.v

Āng dāng rång rãi cÿa IoT trong các l*nh vāc d¿n tßi sā gia tăng thiÃt bị kÃt nái, nhu cÅu phát triÇn tiêu chuẩn và giao thāc cho IoT ĐÇ kÃt nái vßi Internet, các thiÃt bị IoT hiËn đang sử dāng các giao thāc truyÅn tháng nh° IP (Internet protocol), TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol) Đặc biËt, IoT cÅn các giao thāc tÅng āng dāng đÇ trao đái dÿ liËu giÿa các đÅu cuái Nhÿng giao thāc tÅng āng dāng rÃt quan trọng đái vßi m¿ng IoT nhằm phāc vā cho các āng dāng đa d¿ng, là måt c¢ sã quan trọng đÇ triÇn khai IoT rång rãi trong mọi l*nh vāc Các tá chāc tiêu chuẩn quác tà nh° ITU, IETF đã nã lāc phát triÇn và chuẩn hóa các giao thāc tÅng āng dāng mßi cho IoT Các giao thāc điÇn hình tÅng āng dāng gßm: giao thāc vÁn chuyÇn hàng đÿi bÁn tin tă xa MQTT (Message Queue Telemetry Transport) [92], giao thāc xÃp hàng bÁn tin nâng cao AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) [30], giao thāc hiËn diËn và nhÃn tin mã rång XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) [53] và giao thāc āng dāng có ràng buåc CoAP (Constrained Application Protocol) [100] Các giao thāc này có måt đặc điÇm chung là h¿ng nhẹ đÇ phù hÿp vßi môi tr°áng m¿ng IoT, trong đó MQTT,

AMQP và XMPP ho¿t đång trên tÅng TCP, còn CoAP ho¿t đång trên tÅng UDP TCP có nhiÅu h¿n chà trong m¿ng IoT nh°: cÅn thái gian thiÃt lÁp và duy trì kÃt nái, chi phí tiêu đÅ gói tin lßn, đå trÉ lßn do c¢ chà bÃt tay 3 b°ßc, đå phāc t¿p cao, kém hiËu quÁ cho kích th°ßc cửa sá nhß [101, 36, 103, 45] CoAP ho¿t đång dāa trên UDP nên có lÿi thà là tiêu đÅ gói nhß, c¢ chà ho¿t đång đ¢n giÁn, tác đå nhanh, đå trÉ thÃp, không mÃt thái gian khãi t¿o và duy trì kÃt nái, phù hÿp cho các āng dāng thái gian thāc Do đó, CoAP dāa trên UDP đã đ°ÿc đánh giá là thích hÿp h¢n cho nhiÅu āng dāng IoT và trã thành nÅn tÁng cho các thiÃt bị IoT có h¿n chà tài nguyên nh° đã chÍ ra trong các tiêu chuẩn quác tà [101, 103, 57, 99, 40] Tuy nhiên, do thiÃt kà đ¢n giÁn nên CoAP còn nhiÅu h¿n chà và cÅn đ°ÿc phát triÇn tiÃp nh° đã nêu trong RFC 7252 [100], tiêu chuẩn cÿa ITU [58] và måt sá RFC khác [102, 103]

Nghiên cāu cÁi tiÁn CoAP đang là vÃn đà rÃt đ°ÿc quan tâm và là chÿ đà nghiên cāu cÿa lu¿n án này

NhiÅu āng dāng IoT ngày nay không chÍ trao đái th°a thßt các gói tin, mà th°áng phÁi truyÅn các lußng dÿ liËu lßn theo thái gian thāc, ví dā các āng dāng trong y tÃ, chăm sóc bËnh nhân, theo dõi giám sát thÁm họa, giám sát video an ninh [36, 57, 103] TÃc nghÁn xÁy ra khi tÁi l°u l°ÿng v°ÿt quá băng thông kÃt nái hoặc năng lāc xử lý TÃc nghÁn là vÃn đÅ th°áng xuyên xÁy ra trong m¿ng IoT nh° đã nêu trong các tiêu chuẩn quác tà nh° ITU [56 - 59], các RFC [99, 102, 103] và tiêu chuẩn ETSI TR 103.375 [40] M¿ng IoT có tài nguyên h¿n chÃ, l°ÿng dÿ liËu cÅn truyÅn rÃt lßn tă nhiÅu thiÃt bị IoT Môi tr°áng m¿ng IoT có nhiÅu biÃn đång, có nhiÅu khÁ năng lãi và mÃt gói BiÃn đång bÃt th°áng cÿa băng thông liên kÃt d¿n đÃn bùng ná dÿ liËu (burstiness), xuÃt hiËn các chuãi gói làm gia tăng nguy c¢ tÃc nghÁn [102, 99, 103, 62] ĐiÅu khiÇn tÃc nghÁn có vai trò quan trọng trong viËc giÁm thiÇu tÃc nghÁn, giÁm mÃt gói, duy trì đå trÉ gói tin nhß, bÁo đÁm thông l°ÿng và hiËu năng m¿ng, đáp āng yêu cÅu các āng dāng, đặc biËt cho các āng dāng nh¿y cÁm vßi trÉ và mÃt gói

H¿n chà c¢ bÁn nhÃt cÿa CoAP là c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn nh° đã chÍ ra trong RFC 7252 [100] và các tiêu chuẩn khác nh° [102, 103, 58] Các vÃn đÅ tßn t¿i

cā thÇ cÿa CoAP trong c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn gßm: sử dāng các tham sá cá định, chÍ điÅu khiÇn tác đå phát l¿i khi đã xÁy ra mÃt gói (ngh*a là khi đã tÃc nghÁn), không hã trÿ chuãi gói, không phát hiËn sßm tÃc nghÁn NhiÅu nghiên cāu mßi đây đã chÍ ra sā cÅn thiÃt phÁi cÁi tiÃn c¢ chà điÅu khiÇn cÿa CoAP [107, 36, 101, 5, 37] Các cÁi tiÃn CoAP đã có tßi nay chÿ yÃu gßm: thay đái cách tính toán thái gian quay vòng RTT (Round Trip-time) và định thái phát l¿i RTO (Retransmission Timeout) thay vì dùng tham sá cá định [9, 15, 21, 23, 38, 5], cÁi tiÃn c¢ chà lùi [18, 23, 87, 107], cÁi tiÃn thuÁt toán điÅu khiÇn [9, 11, 24, 37, 67, 69] Tuy nhiên, CoAP và các bÁn cÁi tiÃn CoAP v¿n còn måt sá h¿n chà sau:

(1) H¿n chà trong tính toán tham sá (2) Ch°a hã trÿ chuãi gói

(3) H¿n chà vÅ điÅu khiÇn tác đå đÇ giÁm tÃc nghÁn (4) Ch°a phân biËt nguyên nhân mÃt gói

(5) Ch°a phát hiËn sßm tÃc nghÁn

(6) H¿n chà trong tính toán băng thông cá chai

Ngoài ra, do h¿n chà tài nguyên cÿa các thiÃt bị IoT, c¢ chà điÅu khiÇn cÅn gọn nhẹ, hiËu quÁ Chi tiÃt cā thÇ vÅ các h¿n chà này sÁ đ°ÿc trình bày trong Ch°¢ng 1 Nghiên cāu giÁi pháp khÃc phāc các h¿n chà trên là các vÃn đÅ thách thāc và là trọng tâm nghiên cāu cÿa luÁn án này

2 Māc tiêu nghiên cāu

Māc tiêu cÿa luÁn án là nghiên cāu giÁi pháp khÃc phāc các h¿n chà nêu trên và đÅ xuÃt c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn hiËu quÁ cho giao thāc CoAP đÇ trao đái tin cÁy giÿa các thiÃt bị đÅu cuái trong m¿ng IoT Các māc tiêu cā thÇ gßm:

- Nghiên cāu xây dāng mô hình phân tích cho CoAP cho truyÅn tin theo chuãi gói có tin cÁy nhằm khÃc phāc h¿n chà (1) và (2)

- Nghiên cāu đÅ xuÃt giÁi pháp điÅu khiÇn tăng/giÁm tác đå phát cho CoAP dāa vào phát hiËn mÃt gói, tr¿ng thái m¿ng và đ°áng truyÅn nhằm điÅu khiÇn tÃc nghÁn, nâng cao hiËu quÁ truyÅn tin nhằm giÁi quyÃt h¿n chà (3) và (4)

- Nghiên cāu đÅ xuÃt giÁi pháp phát hiËn sßm nguy c¢ tÃc nghÁn dāa vào biÃn đång m¿ng, điÅu khiÇn tác đå linh ho¿t theo biÃn thiên đång cÿa tr¿ng thái tÃc nghÁn và môi tr°áng truyÅn tin nhằm giÁi quyÃt h¿n chà (5) và (6)

3 Đái t°ÿng nghiên cāu

Đái t°ÿng nghiên cāu là c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cho giao thāc lßp āng dāng CoAP, mô hình truyÅn tin theo chuãi gói và tác đå phát cÿa CoAP

4 Ph¿m vi nghiên cāu

Ph¿m vi nghiên cāu cÿa luÁn án tÁp trung vào giao thāc CoAP cài đặt trên tÅng āng dāng ã thiÃt bị IoT bên gửi và bên nhÁn tin vßi c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn theo vòng kín, ngh*a là chÍ dāa trên thông tin trao đái giÿa các đÅu cuái trong m¿ng IoT

M¿ng IoT đa d¿ng vÅ thiÃt bị, công nghË m¿ng và āng dāng ThiÃt bị IoT khác nhau vÅ chÿng lo¿i, tính năng theo āng dāng Các thiÃt bị IoT đ°ÿc kÃt nái vßi nhau vßi đa d¿ng công nghË m¿ng nh° WiFi IEEE 802.11, ZigBee, IEEE 802.15.4, Z-Wave, 6LoWPAN) [62] Các āng dāng cÿa m¿ng IoT cũng rÃt đa d¿ng trong các l*nh vāc khác nhau [99] Do CoAP ã tÅng āng dāng, ph¿m vi nghiên cāu cÿa luÁn án không đÅ cÁp đÃn nhÿng vÃn đÅ ã các tÅng m¿ng khác cũng nh° nhiÉu, lãi vô tuyÃn ã tÅng vÁt lý

Ngoài ra, các kiÃn trúc m¿ng IoT cũng rÃt đa d¿ng Tuy nhiên, kiÃn trúc m¿ng tÁp trung thông tin ICN (Information Concentric Networks) đã đ°ÿc chuẩn hóa trong [58, 60, 61, 99, 102] và là xu thà chÿ yÃu cho các āng dāng IoT hiËn nay [101], trong đó các thiÃt bị IoT thu thÁp dÿ liËu tă môi tr°áng đÇ truyÅn vÅ thiÃt bị đÅu cuái phía Internet Ph¿m vi nghiên cāu cÿa luÁn án tÁp trung vào kiÃn trúc m¿ng ICN nói trên

L*nh vāc điÅu khiÇn tÃc nghÁn m¿ng IoT khá rång và đa d¿ng LuÁn án chÍ tÁp trung vào c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cÿa CoAP Trong ph¿m vi nghiên cāu, luÁn án không đi sâu phân tích các vÃn đÅ khác nh°: Tính toán đå phāc t¿p, tính toán tái °u các tham sá, chi phí năng l°ÿng tiêu thā, tác đång cÿa lãi kênh vô tuyÃn, v.v Đây là nhÿng h°ßng nghiên cāu tiÃp trong t°¢ng lai

5 Ph°¢ng pháp nghiên cāu

LuÁn án sử dāng các ph°¢ng pháp nghiên cāu sau:

- KhÁo sát tài liËu kā thuÁt vÅ CoAP và các bÁn đã chuẩn hóa, các nghiên cāu cÁi tiÃn liên quan đÇ phân tích, đánh giá các tßn t¿i, h¿n chÃ

- Nghiên cāu lý luÁn, phân tích các ph°¢ng pháp điÅu khiÇn tÃc nghÁn đÇ lāa chọn giÁi pháp

- Mô hình hóa, phân tích mô hình truyÅn tin cÿa CoAP đÇ xây dāng c¢ chà điÅu khiÇn phù hÿp vßi thiÃt bị có h¿n chà tài nguyên và môi tr°áng IoT - Mô phßng, kiÇm chāng, so sánh, đánh giá kÃt quÁ nghiên cāu đ¿t đ°ÿc bằng

cách sử dāng bå công cā mô phßng NS3

6 Đßnh h°çng nghiên cāu và các kÁt quÁ đóng góp cÿa lu¿n án

LuÁn án định h°ßng nghiên cāu vào giÁi pháp điÅu khiÇn tÃc nghÁn m¿ng IoT vßi giao thāc tÅng āng dāng CoAP Các câu hßi nghiên cāu đặt ra gßm:

- Nhÿng h¿n chÃ, tßn t¿i trong c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cÿa CoAP? - Nhÿng đÅ xuÃt cÁi tiÃn CoAP hiËn còn nhÿng nh°ÿc điÇm gì?

- Làm thà nào đÇ phát hiËn sßm nguy c¢ tÃc nghÁn?

- ĐiÅu khiÇn tÃc nghÁn khi nào, māc đå nào đÇ h¿n chà tÃc nghÁn, duy trì hiËu năng cao trong điÅu kiËn m¿ng và băng thông kênh truyÅn luôn biÃn đång? LuÁn án có các kÃt quÁ đóng góp chính nh° sau:

1) ĐÅ xuÃt måt mô hình phân tích truyÅn tin theo chuãi gói cho CoAP và giao thāc mßi RCoAP dāa trên tác đå đÇ điÅu khiÇn tÃc nghÁn trong m¿ng IoT vßi c¢ chà điÅu khiÇn tăng giÁm tác đå phát phù hÿp vßi tình tr¿ng tÃc nghÁn nhằm đ¿t đ°ÿc hiËu năng cao vÅ đå trÉ, thông l°ÿng, tÿ lË mÃt gói, tÿ lË phát l¿i và tÿ lË phát l¿i đúp so vßi các c¢ chà CoAP hiËn có Mô hình phân tích truyÅn tin theo chuãi gói đ°ÿc công bá trong [J1, J2], giao thāc RCoAP đ°ÿc công bá trong [J3, J4]

2) ĐÅ xuÃt giao thāc mßi FCoAP điÅu khiÇn tÃc nghÁn sử dāng hË điÅu khiÇn má theo biÃn thiên đång cÿa tình tr¿ng tÃc nghÁn và các tham sá m¿ng nhằm

đ¿t đ°ÿc hiËu năng cao vÅ đå trÉ, thông l°ÿng, tÿ lË mÃt gói, tÿ lË phát l¿i và tÿ lË phát l¿i đúp so vßi các c¢ chà CoAP hiËn có trong điÅu kiËn m¿ng biÃn thiên đång, kÇ cÁ khi có tÃc nghÁn nghiêm trọng Đóng góp này đ°ÿc công bá trong [J5, J6]

7 Ý ngh*a khoa hác và thāc tiÇn

Ý nghĩa khoa học:

- Xây dāng måt mô hình phân tích truyÅn tin theo chuãi gói cho CoAP Mô hình có thÇ áp dāng đÇ nghiên cāu tính toán định l°ÿng tác đå phát

- HÅu hÃt các nghiên cāu khác vÅ CoAP chÍ tÁp trung vào cÁi thiËn các tham sá thái gian quay vòng, định thái phát l¿i và c¢ chà phát l¿i LuÁn án đ°a ra måt cách tiÃp cÁn mßi đÇ tính toán định l°ÿng tác đå phát, điÅu khiÇn tác đå phát thay vì chÍ điÅu khiÇn tác đå phát l¿i trong các nghiên cāu tr°ßc đó - Do các tham sá liên quan đÃn tÃc nghÁn biÃn thiên đång và khó xác định

chính xác, luÁn án đÅ xuÃt sử dāng logic má vào điÅu khiÇn tÃc nghÁn cho CoAP Đây là måt cách tiÃp cÁn mßi tßi nay HË điÅu khiÇn má đã đ°ÿc chāng minh có nhiÅu °u điÇm nh°: đ¢n giÁn dāa trên các tham sá không chính xác, không cÅn mô hình toán học chính xác, cho phép điÅu khiÇn nhanh [70, 72, 39]

Ý nghĩa thực tiễn:

Các c¢ chà điÅu khiÇn đÅ xuÃt trong luÁn án có thÇ sử dāng cho các āng dāng IoT trong thāc tÃ:

- Các āng dāng IoT truyÅn l°u l°ÿng lßn theo lußng tin, chuãi gói tin có đå trÉ nhß, thông l°ÿng cao theo thái gian thāc, ví dā nh° āng dāng truyÅn lußng tin video tă các camera giám sát [93, 103], hay lußng gói tin liên tāc theo các khái [99, 103, 69, 25]

- Các m¿ng cÁm biÃn phāc vā māc đích giám sát, ví dā āng dāng truyÅn dÿ liËu thu thÁp tă các cÁm biÃn theo các chuãi gói liên tāc vÅ trung tâm nh° đã nêu trong [10, 11, 5, 59, 57]

- Trao đái thông tin máy – máy M2M (machine to machine) phāc vā cho các āng dāng theo dõi, giám sát, cÁnh báo vÅ thÁm họa nh° đã nêu trong [9, 115, 57, 59], các āng dāng điÅu khiÇn tă xa trong y tÃ, các āng dāng theo dõi và dā báo thái tiÃt nh° đã nêu trong [98, 52, 116, 59]

8 Bá cāc cÿa lu¿n án

Ngoài phÅn mã đÅu, phÅn kÃt luÁn và phÅn phā lāc, luÁn án gßm ba ch°¢ng vßi bá cāc nh° sau

Ch°¢ng 1 trình bày táng quan vÅ c¢ sã lý thuyÃt m¿ng IoT và các khía c¿nh liên quan đÃn tÃc nghÁn và điÅu khiÇn tÃc nghÁn Các nåi dung cā thÇ gßm: khái niËm m¿ng IoT, các āng dāng điÇn hình, mô hình kiÃn trúc m¿ng tÁp trung thông tin, måt sá giao thāc lßp āng dāng cÿa IoT, vÃn đÅ tÃc nghÁn và điÅu khiÇn tÃc nghÁn m¿ng IoT, giao thāc CoAP và các nghiên cāu cÁi tiÃn CoAP, điÅu khiÇn má và khÁ năng áp dāng vào điÅu khiÇn tÃc nghÁn m¿ng IoT, vÃn đÅ nghiên cāu cÅn giÁi quyÃt trong luÁn án

Ch°¢ng 2 đÅ xuÃt måt giao thāc điÅu khiÇn tÃc nghÁn dāa vào tác đå đặt tên là RCoAP (Rate-based CoAP) Nåi dung chính bao gßm: xây dāng mô hình phân tích cho CoAP đÇ tính toán tác đå phát chuãi gói tin, giao thāc RCoAP vßi c¢ chà điÅu khiÇn RCoAP, các tr¿ng thái ho¿t đång và các thuÁt toán điÅu khiÇn, tính toán hiËu năng RCoAP, mô phßng và đánh giá hiËu năng RCoAP

Ch°¢ng 3 đÅ xuÃt måt giao thāc điÅu khiÇn tÃc nghÁn dāa vào hË điÅu khiÇn má đặt tên là FCoAP (Fuzzy CoAP) Nåi dung chính bao gßm: phân tích sā biÃn thiên cÿa các đ¿i l°ÿng tác đång đÃn điÅu khiÇn tÃc nghÁn, phân tích lāa chọn đÅu vào và đÅu ra cho hË điÅu khiÇn má, thiÃt kà hË điÅu khiÇn má, giao thāc FCoAP vßi c¢ chà điÅu khiÇn, các tr¿ng thái ho¿t đång và các thuÁt toán điÅu khiÇn, tính toán hiËu năng FCoAP, mô phßng và đánh giá hiËu năng FCoAP

CH¯¡NG 1 TàNG QUAN V M¾NG IoT VÀ VÂN Đ ĐIÂU KHIÄN TÀC NGH¾N

Nåi dung Ch°¢ng 1 trình bày táng quan vÅ m¿ng IoT và vÃn đÅ điÅu khiÇn tÃc nghÁn Các nåi dung đ°ÿc tÁp trung trình bày gßm: khái niËm vÅ IoT, các āng dāng IoT, mô hình kiÃn trúc m¿ng tÁp trung thông tin, måt sá giao thāc lßp āng dāng điÇn hình, vÃn đÅ tÃc nghÁn và điÅu khiÇn tÃc nghÁn, nhÿng h¿n chà cÿa CoAP và các nghiên cāu CoAP liên quan, điÅu khiÇn má và khÁ năng áp dāng vào điÅu khiÇn tÃc nghÁn, các vÃn đÅ nghiên cāu cÅn giÁi quyÃt trong luÁn án

1.1 Táng quan và m¿ng IoT

1.1.1 Khái niệm về IoT

Sā ra đái cÿa Internet đã là måt cuåc cách m¿ng làm thay đái thà gißi, có tác đång đáng kÇ đÃn mọi l*nh vāc cÿa đái sáng IoT là sā phát triÇn kà tiÃp vßi ý t°ãng kÃt nái mọi vÁt vßi nhau và vßi Internet đÇ tÁn dāng các thành quÁ cÿa Internet

Theo tài liËu [56], Tá chāc viÉn thông thà gißi ITU đã đ°a ra định ngh*a ngÃn gọn nh° sau: <IoT là một cơ sở hạ tầng toàn cầu cho xã hội thông tin, cho phép các

dịch vụ tiên tiến bằng cách liên kết các vật thể (vật lý hoặc ảo) dựa trên các công nghệ thông tin và truyền thông hiện có và tương lai Thông qua việc khai thác khả năng định danh, thu thập dữ liệu, xử lý và giao tiếp, IoT tận dụng mọi thứ để cung cấp dịch vụ cho tất cả các loại ứng dụng= Tá chāc IEEE [54] đ°a ra định ngh*a: <IoT là một mạng kết nối các vật thể được định danh duy nhất vào Internet Các vật thể này có khả năng cảm biến/tương tác và lập trình được= Mặc dù các định ngh*a

khác nhau, song vÅ bÁn chÃt IoT đ°ÿc hiÇu là mạng kết nối các vật thể (sau đây gọi

chung là thiết bị) có khả năng thu thập, xử lý và trao đổi dữ liệu thông qua Internet

M¿ng IoT håi tā các xu h°ßng phát triÇn trong nhiÅu l*nh vāc khác nhau Xu h°ßng håi tā công nghË t¿o ra các đặc tr°ng sau đây cÿa m¿ng IoT

- Tính phá quát (ubiquitous): Mọi vÁt thÇ đÅu có khÁ năng kÃt nái m¿ng mọi lúc, mọi n¢i vßi chi phí thÃp và cung cÃp các dịch vā liên quan đÃn vÁt thÇ - Sử dāng nÅn tÁng IP: Giao thāc IP cung cÃp måt nÅn tÁng chung cho các

thiÃt bị kÃt nái, trao đái, chia s¿ thông tin måt cách dÉ dàng vßi chi phí thÃp - Tính kÃt nái liên thông: Mọi vÁt thÇ có thÇ kÃt nái vßi nhau qua m¿ng l°ßi và

c¢ sã h¿ tÅng thông tin

- Tính đa d¿ng, không đßng nhÃt: ThiÃt bị đa d¿ng và không đßng nhÃt vì nó có phÅn cāng/phÅn mÅm, liên kÃt m¿ng khác nhau

- Tính đa d¿ng trong giao tiÃp: Các vÁt thÇ giao tiÃp máy-máy bên c¿nh các t°¢ng tác truyÅn tháng khác (ng°ái-máy, máy-ng°ái, ng°ái-môi tr°áng) - Tính đa d¿ng vÅ công nghË: H¿ tÅng m¿ng đa d¿ng nh° m¿ng cÁm biÃn,

m¿ng cāc bå, m¿ng di đång thà hË mßi, điËn toán đám mây, v.v

- Quy mô lßn: Sá l°ÿng rÃt lßn thiÃt bị giao tiÃp vßi nhau, lßn h¢n nhiÅu so vßi sá máy tính kÃt nái Internet hiËn nay L°ÿng thông tin truyÅn rÃt lßn

1.1.2 Các ứng dụng IoT

Vßi tính thông minh, hiËu quÁ thiÃt thāc, IoT đã và đang đ°ÿc tích hÿp trên khÃp mọi thā, mọi n¢i con ng°ái sáng Tă chiÃc vòng đeo tay, đß gia dāng trong nhà, mÁnh v°án °¢m h¿t giáng, cho đÃn nhÿng sinh vÁt sáng đÅu sử dāng giÁi pháp IoT [6, 101, 57] Måt sá ví dā điÇn hình cho các āng dāng IoT trong thāc tiÉn:

 Đô thị thông minh: Dÿ liËu thu thÁp phāc vā quÁn trị dịch vā, hË tháng giao thông, bãi đã xe, đèn giao thông, chiÃu sáng đô thị; hã trÿ điÅu khiÇn  Ngôi nhà thông minh: Tā đång hóa ngôi nhà qua thu thÁp thông tin vÅ điÅu

kiËn ho¿t đång, phân tích dÿ liËu; giám sát các hË tháng trong tòa nhà; điÅu khiÇn các thiÃt bị chiÃu sáng, s°ãi Ãm, thông gió, v.v

 Y tà thông minh: Theo dõi sāc khße tă xa và thông báo khẩn cÃp; giám sát cÃy ghép đặc biËt; theo dõi sāc khße ng°ái già, bËnh nhân, v.v

 Công nghiËp, nông nghiËp thông minh: IoT kÃt nái nhà máy vßi quy trình sÁn xuÃt, điÅu khiÇn l°ßi các hË tháng công nghiËp, nông nghiËp; giám sát quy trình phát triÇn cây cái, truy xuÃt ngußn gác sÁn phẩm, v.v

 Giám sát thÁm họa: Giám sát nguy c¢ thÁm họa và môi tr°áng đåc h¿i; giám sát núi lửa, cháy răng, lũ lāt, đång đÃt, v.v

Āng dāng rång rãi cÿa IoT d¿n đÃn sá thiÃt bị kÃt nái và l°ÿng dÿ liËu cÅn chuyÇn tiÃp ngày càng lßn ĐiÅu này thúc đẩy phát triÇn các giao thāc tÅng āng dāng đÇ bÁo đÁm truyÅn tÁi dÿ liËu hiËu quÁ, tránh mÃt mát, giÁm đå trÉ truyÅn tin [57, 102] Nhu cÅu cÿa các āng dāng rÃt đa d¿ng Ví dā, trong āng dāng dā báo thái tiÃt, các bÁn tin thu đ°ÿc tă các giá trị cÁm biÃn và truyÅn vÅ trung tâm Đå trÉ thÃp quan trọng h¢n mÃt gói tin, có thÇ bß qua måt sá gói tin do chúng đ°ÿc cÁp nhÁt vßi giá trị cÁm biÃn tiÃp theo Ng°ÿc l¿i, trong āng dāng y tÃ, mÃt gói tin quan trọng h¢n là trÉ gói vì mãi giá trị cÁm biÃn biÇu thị måt tr¿ng thái khá nh¿y cÁm đái vßi bËnh nhân Āng dāng giám sát thÁm họa thì nhiÅu lúc đòi hßi cÁ trÉ thÃp và tÿ lË mÃt gói thÃp

1.1.3 Mô hình kiến trúc mạng IoT

Theo tá chāc IEEE [54], kiÃn trúc c¢ bÁn cÿa m¿ng IoT gßm 3 lßp: 1) lßp cÁm biÃn, 2) lßp liên kÃt m¿ng và truyÅn dÿ liËu, 3) lßp āng dāng Lßp cÁm biÃn là lßp vÁt lý hay lßp thu thÁp dÿ liËu, t¿i đó các cÁm biÃn thu thÁp thông tin vÅ môi tr°áng Lßp liên kÃt m¿ng và truyÅn dÿ liËu kÃt nái vßi các thiÃt bị khác, Internet và thiÃt bị đÅu cuái, có vai trò xử lý và chuyÇn tiÃp dÿ liËu Lßp āng dāng cung cÃp dịch vā cÿa āng dāng tßi ng°ái dùng, thāc thi āng dāng do m¿ng IoT cung cÃp

KiÃn trúc ba lßp đ°ÿc mô tÁ trong RFC 7927 [102] và [58] theo måt mô hình m¿ng tÁp trung thông tin ICN (Information Centric Networking) ICN đ°ÿc đÅ xuÃt làm h¿ tÅng m¿ng Internet mßi cho phân phái thông tin [58, 61, 99, 102] CoAP sử dāng kiÃn trúc ICN nh° đã chÍ ra trong tiêu chuẩn RFC 8763 (tháng 4/2020) KiÃn trúc ICN lÃy dÿ liËu làm trung tâm [58, 57], trong đó các thiÃt bị IoT thu thÁp dÿ liËu và chuyÇn qua các điÇm truy nhÁp AP (Access point) hoặc Gateway đÇ truyÅn vÅ máy chÿ ã trung tâm qua Internet [102, 57, 99] Āng dāng kiÃn trúc m¿ng ICN cho IoT đã đ°ÿc nghiên cāu trong måt vài năm gÅn đây [102, 62, 99, 61] Hình 1.1 mô tÁ kiÃn trúc m¿ng ICN điÇn hình cho các āng dāng IoT thu thÁp dÿ liËu phāc vā giám sát, xử lý dÿ liËu tÁp trung t¿i trung tâm

Trên hình 1.2, các điÇm truy nhÁp AP và Gateway t¿o thành m¿ng biên ThiÃt bị IoT thu thÁp dÿ liËu tă môi tr°áng và truyÅn vÅ máy chÿ ã trung tâm qua các điÇm

truy nhÁp / Gateway và kÃt nái Internet Đây là mô hình kiÃn trúc ICN điÇn hình theo các tài liËu chuẩn [102, 99, 58] đ°ÿc sử dāng trong luÁn án

Hình 1.1 Kiến trúc mạng ICN

Hình 1.2 Kiến trúc mạng ICN cụ thể cho các ứng dụng IoT

1.1.4 Tóm lược về các giao thức tầng ứng dụng của IoT

Hình 1.3 tóm l°ÿc các giao thāc chính cÿa m¿ng IoT Các giao thāc tÅng āng dāng và tÅng vÁn chuyÇn đóng vai trò quan trọng [58] Chi tiÃt vÅ các giao thāc ã nhóm h¿ tÅng m¿ng nh° định tuyÃn, IPv4/IPv6, 6LoWPAN, WiFi (802.11), ZigBee (802.15), LTE-A, Z-Wave có trong các tài liËu tiêu chuẩn [56, 57]

Giao thāc tÅng āng dāng MQTT AMQP XMPP CoAP Giao

thāc h¿ tÅng m¿ng

Giao thāc tÅng m¿ng Định tuyÃn, IPv4/IPv6, 6LoWPAN Giao thāc liên kÃt WiFi (802.11), ZigBee (802.15),& Giao thāc tÅng vÁt lý LTE-A, ZigBee, Z-Wave,&

Hình 1.3 Sơ đồ tóm lược các giao thức chính của IoT

Ph¿m vi luÁn án chÍ tÁp trung vào giao thāc tÅng āng dāng và giÁi pháp điÅu khiÇn tÃc nghÁn tă đÅu cuái tßi đÅu cuái Vì vÁy, luÁn án sÁ trình bày cā thÇ h¢n vÅ các giao thāc tÅng āng dāng Các giao thāc tÅng āng dāng c¢ bÁn nhÃt đã chuẩn hóa

gßm: MQTT, AMQP, XMPP, và CoAP

 Giao thāc MQTT

MQTT [92] là måt giao thāc lßp āng dāng h¿ng nhẹ, dùng đÇ thu thÁp dÿ liËu tă thiÃt bị IoT và gửi vÅ máy chÿ MQTT tiêu thā ngußn thÃp, có thÇ truyÅn dÿ liËu hiËu quÁ tßi måt sá máy đích MQTT dùng kiÃn trúc đẩy – kéo, ngh*a là quÁng bá dÿ liËu - đặt hàng dÿ liËu MQTT ho¿t đång trên tÅng TCP nên hã trÿ truyÅn tin cÁy Tuy nhiên, đå trÉ gói tin có thÇ lßn do phÁi phát l¿i nhiÅu lÅn khi m¿ng nhiÅu lãi Mặt khác, TCP phÁi dùng gói tin bá sung đÇ thiÃt lÁp và duy trì kÃt nái, d¿n tßi đå trÉ tăng, tiêu thā ngußn lßn h¢n, māc đå rÿi ro có lãi khi truyÅn cao

 Giao thāc AMQP

AMQP [30] là måt giao thāc trao đái bÁn tin hã trÿ truyÅn tin cÁy AMQP chÿ yÃu ho¿t đång trong môi tr°áng định h°ßng bÁn tin, bá trÿ cho giao thāc truyÅn tÁi siêu văn bÁn HTTP (Hypertext Transfer Protocol) AMQP áp dāng cho nhiÅu kiÇu kiÃn trúc m¿ng nh°: quÁng bá, l°u trÿ, chuyÇn tiÃp, định tuyÃn bÁn tin AMQP cũng dāa trên TCP, nên cũng có trÉ gói lßn và ho¿t đång bị Ánh h°ãng nhiÅu trong môi tr°áng m¿ng có lãi, mÃt gói cao

 Giao thāc XMPP

XMPP [53] là måt giao thāc truyÅn bÁn tin tāc thái, đ°ÿc chuyÇn đái tă truyÅn lußng tin dāa vào ngôn ngÿ đánh dÃu mã rång XML (Extensible Markup Language) đÇ dùng cho IoT Nó cho phép trao đái theo thái gian thāc dÿ liËu có cÃu trúc giÿa các vÁt thÇ ThiÃt bị IoT kÃt nái vßi máy chÿ và truyÅn các bÁn tin dāa vào lußng tin kiÇu XML XMPP sử dāng định d¿ng dÿ liËu XML nên có tiêu phí mào đÅu lßn XMPP ho¿t đång dāa vào cÁ TCP và XML, nên nó có nh°ÿc điÇm cÿa TCP và không hiËu quÁ trong môi tr°áng m¿ng IoT

 Giao thāc CoAP

CoAP là giao thāc lßp āng dāng đ°ÿc tá chāc IETF chuẩn hóa trong RFC7252 [100] cho m¿ng IoT CoAP trã thành chuẩn Internet năm 2014 Khác vßi các giao thāc khác, CoAP ho¿t đång dāa trên UDP, có cÃu trúc và tiêu đÅ gói tin đ¢n giÁn CoAP là måt giao thāc h¿ng nhẹ đ°ÿc xây dāng dāa theo mô hình chuyÇn tr¿ng

thái đ¿i diËn REST (Representational State Transfer) đÇ sử dāng cho thiÃt bị có năng lāc xử lý và tài nguyên h¿n chà trong m¿ng IoT [100, 99, 117] CoAP sử dāng cách thāc gửi yêu cÅu và phÁn hßi giÿa các nút đÅu cuái Theo tài liËu RFC 7252 [100], CoAP có thÇ dÉ dàng ánh x¿ sang HTTP đÇ biÇu thị thông tin lên trang Web CoAP cung cÃp hai chà đå ho¿t đång: tin cÁy và không tin cÁy Trong truyÅn tin cÁy, bên gửi sÁ phát l¿i gói tin khi phát hiËn gói tin đã gửi tr°ßc đó không đÃn đích, ngh*a là gói tin bị mÃt Khi phÁi phát l¿i, đå trÉ gói tin có thÇ lßn Ng°ÿc l¿i, chà đå truyÅn không tin cÁy không đòi hßi phát l¿i gói tin khi có mÃt mát Tÿ lË mÃt gói tin có thÇ cao khi môi tr°áng m¿ng có nhiÅu lãi

1.2 TÁc ngh¿n và nguyên nhân tÁc ngh¿n

1.2.1 Khái niệm tắc nghẽn mạng

TÃc nghÁn là måt hiËn t°ÿng phá biÃn trên m¿ng vßi các dÃu hiËu: đå trÉ và tÿ lË rßt gói tin tăng nhanh, thông l°ÿng sāt giÁm nhanh M¿ng Internet thiÃt kà theo cách l°u trÿ và chuyÇn tiÃp, ngh*a là các gói tin đÃn đ°ÿc l°u vào bå đËm nút m¿ng, chá xử lý đÇ đ°a ra khßi nút m¿ng theo måt tuyÃn đ°áng đã chọn đÇ đÃn đích NÃu l°ÿng gói tin đÃn càng lßn, thái gian nghÁn m¿ng càng kéo dài, sá gói tin bị lo¿i bß do hÃt chã l°u càng nhiÅu, d¿n đÃn nguy c¢ m¿ng tê liËt hoàn toàn

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa các đại lượng a) theo thời gian, b) theo tải lưu lượng

Hình 1.4a biÇu thị tình huáng tÃc nghÁn vßi đå trÉ và tÿ lË rßt gói theo thái gian Hình 1.4b mô tÁ mái quan hË giÿa đå trÉ, thông l°ÿng t°¢ng āng vßi tÁi l°u l°ÿng (sá gói tin gửi vào m¿ng) TÃc nghÁn xuÃt hiËn trong khoÁng [T1, T2] vßi đå trÉ, tÿ lË rßt gói tăng nhanh vßi tÁi l°u l°ÿng T¿i thái điÇm T2 m¿ng gÅn nh° tÃc nghÁn hoàn toàn, đå trÉ và tÿ lË mÃt gói trã lên rÃt lßn Khi tÃc nghÁn hoàn toàn, tÃt cÁ các gói tin đÅu bị rßt

1.2.2 Nguyên nhân tắc nghẽn mạng

TÃc nghÁn xÁy ra do nhiÅu nguyên nhân, song chÿ yÃu là: 1) tác đå phát cÿa bên gửi v°ÿt quá băng thông cÿa liên kÃt m¿ng trong tuyÃn tă đÅu cuái tßi đÅu cuái; 2) bå đËm l°u trÿ t¿m thái gói tin đÇ chuyÇn tiÃp ã các nút trung gian bị quá tÁi d¿n đÃn tràn bå đËm; 3) các nút m¿ng (kÇ cÁ nút trung gian và nút đích) không kịp xử lý các gói tin đÃn

Hình 1.5 mô tÁ måt ví dā đ¢n giÁn vßi 4 đo¿n liên kÃt Đo¿n A-B và D-E là các liên kÃt WiFi có băng thông 2 Mbps, đo¿n B-C có băng thông 10 Mbps, đo¿n C-D có băng thông 1 Mbps (do đo¿n C-D có thÇ bị chia s¿ cho nhiÅu kÃt nái khác) Đo¿n C-D đ°ÿc gọi là băng thông cá chai (Bottleneck bandwidth) Bên gửi chÍ có thÇ phát vßi tác đå 1 Mbps, bằng băng thông cá chai NÃu bên gửi phát quá 1 Mbps, tÃc nghÁn sÁ xÁy ra Băng thông cá chai cũng có thÇ bÃt kỳ đo¿n nào tùy vào biÃn thiên tÁi l°u l°ÿng Vị trí băng thông cá chai biÃn đång, viËc xác định băng thông cá chai không đ¢n giÁn do sá kÃt nái liên tāc thay đái ng¿u nhiên theo thái gian

Hình 1.5 Ví dụ về trường hợp nghẽn cổ chai

1.2.3 Tắc nghẽn mạng IoT

Ngoài các nguyên nhân tÃc nghÁn đã nêu ã 1.2.2, m¿ng IoT có thêm các nguy c¢ gây tÃc nghÁn khác do: 1) mÃt gói do lãi kênh vô tuyÃn; 2) h¿n chà tài nguyên cÿa thiÃt bị IoT; 3) tính đa d¿ng cÿa kÃt nái m¿ng; 4) yêu cÅu băng thông cÿa đa d¿ng āng dāng; 5) khÁ năng xuÃt hiËn chuãi gói cao

 Mất gói do lỗi kênh vô tuyến

Khác vßi m¿ng Internet truyÅn tháng, m¿ng IoT gßm nhiÅu chặng vô tuyÃn và phā thuåc nhiÅu vào môi tr°áng vô tuyÃn MÃt gói trong IoT có thÇ do nhiÉu, lãi kênh vô tuyÃn hoặc suy giÁm tín hiËu vô tuyÃn TCP [105] nhÁn biÃt tÃc nghÁn kÇ cÁ khi có mÃt gói do lãi kênh vô tuyÃn và giÁm cửa sá d¿n đÃn hiËu suÃt truyÅn thÃp và tiêu phí tài nguyên vô tuyÃn NhiÅu nghiên cāu đã chÍ ra TCP có h¿n chà trong

IoT, cÅn có cÁi tiÃn [45, 105, 103, 32, 112]

 Hạn chế tài nguyên của các thiết bị IoT

ThiÃt bị IoT th°áng h¿n chà vÅ tài nguyên (bå đËm, năng lāc xử lý, băng thông, ngußn pin), d¿n đÃn nguy c¢ tràn bå đËm hoặc v°ÿt tác đå xử lý H¿n chà vÅ tài nguyên nên khó áp dāng các c¢ chà phāc t¿p đÇ xác định tÃc nghÁn [65] Mặt khác, c¢ chà điÅu khiÇn cÅn đ¢n giÁn, gọn nhẹ, tiêu tán ít tài nguyên và năng l°ÿng, đ¿t hiËu quÁ cao đÇ triÇn khai trên thiÃt bị IoT [7, 15, 86, 99]

 Tính đa dạng của kết nối mạng

KÃt nái m¿ng cÿa các thiÃt bị IoT đa d¿ng vßi nhiÅu phân đo¿n m¿ng Sá l°ÿng kÃt nái gia tăng đåt biÃn d¿n đÃn l°ÿng dÿ liËu truyÅn tÁi có thÇ rÃt lßn Các tham sá này biÃn thiên đång khiÃn cho khó xác định tÃc nghÁn [57, 112, 9, 85, 7]

 Yêu cầu băng thông đa dạng của các ứng dụng IoT

Yêu cÅu vÅ băng thông cÿa các āng dāng IoT khá đa d¿ng Kích cỡ gói tin trong m¿ng IoT nhß Do vÁy, viËc xác định tÃc nghÁn và cửa sá tÃc nghÁn khó khăn [11, 9, 75, 96]

 Khả năng xuất hiện chuỗi gói cao

Lãi hay nhiÉu kênh vô tuyÃn d¿n đÃn gián đo¿n kÃt nái trong nhÿng khoÁng thái gian ngÃn (ví dā do suy giÁm tín hiËu hoặc do vÁt cÁn chÃn t¿m thái) gây ra mÃt gói Sau khi kênh truyÅn đ°ÿc khôi phāc l¿i, khÁ năng xuÃt hiËn các chuãi gói cao do các gói tin chá trong bå đËm sÁ đ°ÿc phát l¿i liên tiÃp Chuãi gói tin cũng xuÃt hiËn khi có sā biÃn thiên cÿa kÃt nái m¿ng, ngh*a là khi l°ÿng gói tin dßn ā ã nút tr°ßc đá dßn vÅ nút kà tiÃp Trong m¿ng IoT, sā biÃn thiên cÿa băng thông và khÁ năng xuÃt hiËn chuãi gói tin cao là điÅu khó tránh khßi [99, 57, 103]

1.3 ĐiÃu khiÅn tÁc ngh¿n

1.3.1 Điều khiển vòng hở và điều khiển vòng kín

Theo [68, 48, 45], các c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cho m¿ng Internet truyÅn tháng chia thành hai nhóm: 1) ĐiÅu khiÇn vòng hã (có hã trÿ cÿa m¿ng) và 2) ĐiÅu khiÇn vòng kín (dāa vào trao đái giÿa hai đÅu cuái, không có hã trÿ cÿa m¿ng) ĐiÅu khiÇn vòng hã không dāa vào thông tin phÁn hßi cÿa bên nhÁn, mà chÍ dāa

vào các nút trung gian Nhóm này là dāa vào quÁn lý bå đËm tích cāc đÇ tránh tràn bå đËm [42], hoặc dāa vào tÅng điÅu khiÇn truy cÁp [118, 110, 109] hay tÅng liên kÃt [94, 39, 26, 16, 116] ĐiÅu khiÇn vòng kín chÍ dāa vào trao đái thông tin giÿa bên gửi và bên nhÁn Gói tin phÁn hßi ACK khẳng định đã nhÁn đ°ÿc gói tin gửi đi Có thÇ nhÁn thÃy, c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cÿa TCP, các giao thāc t°¢ng tā TCP và cÿa CoAP đÅu cũng thuåc nhóm điÅu khiÇn vòng kín

1.3.2 Điều khiển dựa cửa sổ và điều khiển dựa tốc độ

 Điều khiển dựa cửa sổ

C¢ chà điÅu khiÇn cÿa TCP dāa vào cửa sá Cửa sá W biÇu thị sá l°ÿng gói tin

tái đa đ°ÿc phát vào m¿ng Các gói tin đang truyÅn trên m¿ng đ°ÿc gọi là gói

inflight, là các gói tin đã phát đi song bên gửi v¿n ch°a nhÁn đ°ÿc ACK cho chúng Bên gửi cÅn phát sao cho táng sá gói tin inflight nhß h¢n W C¢ chà dāa cửa sá cÿa

TCP là tăng cång/giÁm nhân (hình 1.6) W sÁ tăng cång khi không có tÃc nghÁn và

giÁm måt nửa khi không có tÃc nghÁn (không có mÃt gói xÁy ra)

Hình 1.6 Cơ chế tăng cộng – giảm nhân của TCP

Các phiên bÁn cÿa TCP đÅu dāa trên c¢ chà cửa sá, song có thêm các cÁi tiÃn cách tính RTT, RTO, cách xác định mÃt gói, v.v [48, 3, 12] C¢ chà dāa cửa sá có h¿n chà khi truyÅn chuãi gói [84, 3, 7] Cửa sá W có thÇ tăng nhanh d¿n đÃn biÃn

đång trÉ lßn, thông l°ÿng giÁm đáng kÇ [85, 68]

 Điều khiển dựa tốc độ

C¢ chà dāa tác đå phÁn āng linh ho¿t h¢n vßi tÃc nghÁn [51, 64, 68] C¢ chà này đặt tác đå phát ban đÅu dāa vào tính toán băng thông cá chai Trong quá trình kÃt nái, tác đå phát đ°ÿc điÅu chÍnh phù hÿp vßi tr¿ng thái m¿ng Tác đå phát có thÇ tăng nÃu không thÃy tÃc nghÁn, giÁm nhanh hoặc chÁm tùy vào tr¿ng thái m¿ng

và nguy c¢ tÃc nghÁn Tác đå phát đ°ÿc tính theo công thāc dāa vào tÿ lË mÃt gói, RTT, kích th°ßc gói tin lßn nhÃt Giao thāc TCP dāa vào tích băng thông cá chai và thái gian quay vòng BBR-TCP (Bottleneck Bandwidth and Round-trip time TCP) [27], các giao thāc t°¢ng tā TCP [97, 44, 51] là ví dā điÇn hình cho nhóm c¢ chà dāa tác đå KhÁo sát vÅ c¢ chà điÅu khiÇn dāa tác đå cho m¿ng IoT đ°ÿc nêu trong [72, 85, 96] Theo [27], các c¢ chà dāa tác đå có °u điÇm h¢n c¢ chà dāa cửa sá

1.3.3 Điều khiển tắc nghẽn mạng IoT

Các c¢ chà điÅu khiÇn vòng kín trong m¿ng IoT đ°ÿc chia làm ba lo¿i: 1) dāa vào mÃt gói, 2) dāa vào đå trÉ, 3) dāa vào tác đå [48, 68]

 Các cơ chế dựa vào mất gói

C¢ chà dāa vào mÃt gói (loss-based) sử dāng mÃt gói làm chÍ báo tÃc nghÁn RTO đ°ÿc bên gửi đặt mãi khi phát måt gói tin mßi Khi quá thái gian RTO mà bên gửi v¿n ch°a nhÁn đ°ÿc ACK thì bên gửi sÁ coi gói tin đã phát bị mÃt trên đ°áng tßi đích CÅn l°u ý là ACK cũng có thÇ mÃt trên đ°áng quay vÅ bên gửi MÃt gói cũng có thÇ phát hiËn thông qua khoÁng cách trong sá thā tā gói tin nhÁn đ°ÿc [49, 63, 42] C¢ chà dāa vào mÃt gói đ°ÿc sử dāng phá biÃn trong CoAP [100] và måt sá cÁi tiÃn cÿa nó [14, 22, 77, 21] Các c¢ chà dāa vào mÃt gói chÍ kích ho¿t khi xÁy ra mÃt gói H¿n chà lßn nhÃt cÿa chúng là cÅn có c¢ chà bá sung đÇ phát hiËn sßm mÃt gói, tránh bị mÃt gói liên tiÃp khi tÃc nghÁn trã nên nghiêm trọng [42, 115]  Các cơ chế dựa vào độ trễ

C¢ chà dāa vào đå trÉ (delay-based hoặc RTT-based) sử dāng thái gian trÉ gói, RTT đÇ dā đoán tÃc nghÁn m¿ng Đå trÉ hoặc RTT càng lßn, tÃc nghÁn càng nghiêm trọng RTT đ°ÿc định ngh*a là thái gian tă lúc phát måt gói tin cho đÃn khi bên gửi nhÁn đ°ÿc Đå trÉ là thái gian tă lúc gửi gói tin đÃn thái điÇm gói tin đó đÃn đích Dāa vào đå trÉ hoặc RTT, bên gửi tính toán nguy c¢ tÃc nghÁn m¿ng đÇ hiËu chÍnh cửa sá phát (sá gói tin phát đi trong måt khoÁng thái gian) hoặc tÁi l°u l°ÿng sau mãi RTT C¢ chà dāa đå trÉ đ°ÿc dùng trong måt sá cÁi tiÃn cÿa TCP nh° [64, 46, 47, 87, 81] và trong RTT-CoAP [9]

 Các cơ chế dựa vào tốc độ

C¢ chà dāa vào tác đå (rate-based) thāc hiËn đo l°áng RTT, tÿ lË mÃt gói, thông l°ÿng đÇ dā đoán tÃc nghÁn và hiËu chÍnh tác đå phát đÇ tránh tÃc nghÁn C¢ chà này t°¢ng đái giáng c¢ chà dāa vào đå trÉ vì đÅu sử dāng RTT ĐiÇm khác biËt giÿa chúng là đái t°ÿng điÅu khiÇn C¢ chà dāa đå trÉ chÍ kiÇm soát kích th°ßc cửa sá (window-based) [64], còn c¢ chà dāa tác đå thì điÅu khiÇn tác đå phát [97, 44, 51, 90, 27] Trong m¿ng IoT, c¢ chà dāa tác đå đã đ°ÿc đÅ xuÃt trong [10, 11, 69]

C¢ chà dāa tác đå có °u điÇm vÅ khÁ năng duy trì đå trÉ thÃp, thông l°ÿng cao [10, 27, 93] Khác vßi c¢ chà dāa vào mÃt gói, c¢ chà dāa tác đå có khÁ năng phát hiËn sßm tÃc nghÁn và điÅu chÍnh tác đå phát đÇ tránh hoặc giÁm bßt tÃc nghÁn

1.4 ĐiÃu khiÅn mé và khÁ nng áp dāng cho điÃu khiÅn tÁc ngh¿n

1.4.1 Logic mờ

Zadeh [123] đ°a ra lý thuyÃt má tă năm 1965 và đ°ÿc Mamdani [83] áp dāng vào hË tháng điÅu khiÇn thāc tiÉn KÇ tă đó, lý thuyÃt má đã đ°ÿc āng dāng vào nhiÅu l*nh vāc Theo lý thuyÃt này, logic má là måt d¿ng logic nhiÅu giá trị khác vßi logic Bool chÍ dùng <0= và <1= Logic má xử lý nhiÅu tr¿ng thái h¢n, không chÍ nhÿng tr¿ng thái rõ nh° <0/1=, đúng/sai mà còn các tr¿ng thái trung gian và sā chuyÇn dịch cÿa chúng

 Tập mờ

TÁp má là måt khái niËm c¢ bÁn cÿa logic má TÁp má đ°ÿc định ngh*a là måt lßp các đái t°ÿng mà không có ranh gißi rõ ràng giÿa các đái t°ÿng thuåc lßp đó hay lßp khác [17] Zadeh [123] định ngh*a tÁp hÿp A cÿa tÃt cÁ các cặp (x, A(x))

A = { x, A(x) } với x  X (1.1)

Trong đó, A gọi là tÁp má trên tÁp nÅn X; A(x): X   là måt hàm thāc đ°ÿc gọi là hàm thuåc; A(x) cÿa mãi x  X đ°ÿc gọi là đå thuåc, A(x)  [0,1] Ví dā, vßi tÁp nÅn X = {D1, D2, D3} GiÁ sử <nhỏ= là måt tÁp má cÿa biÃn đå trÉ trên tÁp

nÅn X và <nhỏ= = {(D1,0.95), (D2,0.1)} Ta có:

nhỏ(D1) = 0.95 = 95% ngh*a là D1 có 95% thuåc tÁp <nhỏ<

nhỏ (D2) = 0.1 = 10% ngh*a là D2 chÍ có 10% thuåc tÁp <nhỏ<, tāc là phÅn

lßn D2 không nhß

nhỏ (D3) = 0 = 0% ngh*a là D3 hoàn toàn không nhß

 Các dạng hàm thuộc thường gặp

Có nhiÅu cách biÇu diÉn hàm thuåc: có thÇ là hàm liên tāc, rái r¿c trong đó có thÇ tuyÃn tính, tuyÃn tính tăng đo¿n hoặc phi tuyÃn Cách đ¢n giÁn là sử dāng các d¿ng tam giác, hoặc hình thang (hình 1.7)

Hình 1.7 Cách biểu diễn hàm thuộc a) hình thang, b) hình tam giác

Vßi hình thang, các điÇm a, b, c, d biÇu thị tọa đå trāc x cÿa måt hàm thuåc

trong tÁp M = (a, b, c, d) nh° hình 1.7a, vßi a là biên trái, d là biên phÁi khi đå thuåc có giá trị 0, còn [b, c] là måt khoÁng không đái, t¿i đó đå thuåc có giá trị

bằng 1 Vßi hình tam giác, các điÇm a, m, d biÇu thị tọa đå trāc x cÿa måt hàm thuåc trong tÁp M = (a, m, d) nh° hình 1.7b vßi a là biên trái, d là biên phÁi khi đå thuåc có giá trị 0, còn m là tọa đå cÿa đÍnh tam giác khi đå thuåc có giá trị 1

 Toán tử mờ

Có nhiÅu toán tử logic má, song trong ph¿m vi luÁn án, phÅn này chÍ trình bày hai toán tử quan trọng nhÃt đ°ÿc sử dāng là AND và OR Toán tử AND là toán tử giao hay toán tử min biÇu thị miÅn giao nhau cÿa hai tÁp má A và B Công thāc phá biÃn nhÃt cÿa toán tử AND là:

{ } (1.4) Toán tử OR là toán tử hÿp hay toán tử max biÇu thị miÅn hÿp nhau cÿa hai tÁp

má A và B Công thāc phá biÃn nhÃt cÿa toán tử OR là:

{( | ( ))} (1.5)

 Các biến ngôn ngữ

Theo [126], các biÃn ngôn ngÿ là các biÃn mà giá trị cÿa chúng là tă ngÿ hoặc câu theo kiÇu ngôn ngÿ tā nhiên Måt biÃn ngôn ngÿ đ°ÿc đặc tr°ng bãi 3 phÅn

chính (V, X, TV) [1, 2], trong đó V là måt biÃn ngôn ngÿ trên tÁp tham chiÃu X TÁp TV = {A1, A2,…} gßm hÿu h¿n hoặc vô h¿n các tÁp con má đ°ÿc chuẩn hóa cÿa X dùng đÇ đặc tr°ng cho V Ai đ°ÿc ký hiËu đßng thái cho cÁ h¿ng thāc ngôn ngÿ (nhß, trung bình, lßn,&) và tÁp con má kÃt hÿp vßi nó Ví dā, måt biÃn ngôn ngÿ V có tên là <Độ trễ= đ°ÿc xác định trên tÁp X là tÁp các giá trị thāc cÿa đå trÉ TĐộ trễ

= {rất lớn, lớn, trung bình, nhỏ, rất nhỏ}, trong đó <rất lớn=, <lớn=, &là các tÁp

má con Ai trên nÅn X xác định các gißi h¿n cÿa nhÿng giá trị biÃn V lÃy trong X

1.4.2 Điều khiển mờ  Cấu trúc chung

ĐiÅu khiÇn má là måt trong nhÿng l*nh vāc āng dāng chính cÿa logic má Nó giúp con ng°ái có thÇ điÅu khiÇn hË tháng nhanh và đ¢n giÁn trên c¢ sã các giá trị không chính xác cÿa quá trình mà không cÅn biÃt chính xác mô hình toán học cÿa quá trình Nó có thÇ điÅu khiÇn cÁ nhÿng quá trình mà các thông sá cÿa nó rÃt khó hoặc phÅn nào không xác định đ°ÿc ĐiÅu khiÇn má đặc biËt m¿nh trong các hË tháng phi tuyÃn, hË tháng điÅu khiÇn mà các thông tin đÅu vào hoặc đÅu ra không đÿ hoặc không chính xác Thông tin chi tiÃt vÅ các hË điÅu khiÇn má có thÇ xem trong các tài liËu nh°: [123, 17] vÅ các tÁp má, [124, 83] vÅ các bå điÅu khiÇn má, [31, 126] vÅ đå thuåc và các hàm thuåc, [83, 126, 91] vÅ quan hË má, các biÃn ngôn ngÿ, luÁt má, tiÃn trình má hóa, đång c¢ suy diÉn và tiÃn trình giÁi má

Hình 1.8 Mô hình hệ thống điều khiển mờ

Måt hË điÅu khiÇn má gßm 4 thành phÅn chính nh° trên hình 1.8 [83, 126] Khái má hóa biÃn đái các giá trị rõ đÅu vào thành måt hoặc nhiÅu tÁp má vßi hàm thuåc đã chọn āng vßi các biÃn ngôn ngÿ đã định ngh*a Khái luÁt má bao gßm các tÁp luÁt <nếu…thì= dāa trên phép suy diÉn tă các quan hË má thích hÿp vßi tăng biÃn và các giá trị biÃn ngôn ngÿ Mô t¢ suy diÉn biÃn đái các giá trị má hóa đÅu vào thành các giá trị cÿa biÃn ngôn ngÿ đÅu ra theo các luÁt má Khái giÁi má biÃn đái các giá trị má đÅu ra thành các giá trị rõ đÇ điÅu khiÇn đái t°ÿng

 Khối mờ hóa

Khái này ánh x¿ tÁp các giá trị thāc x  R thành tÁp các giá trị má vßi hàm thuåc (x) Nhÿng giá trị rõ sÁ đ°ÿc sÃp xÃp vào tÁp má vßi nhÿng đå thuåc i

t°¢ng āng Các b°ßc thāc hiËn gßm: 1) Định ngh*a các biÃn ngôn ngÿ āng vßi các tÁp má cÿa đÅu vào và đÅu ra, 2) Xác định hàm thuåc cÿa các tÁp má đã đ°ÿc định ngh*a, 3) Đọc đå thuåc tă nhÿng giá trị rõ đã biÃt

 Khối luật mờ

LuÁt má c¢ sã là luÁt chāa måt tÁp các luÁt "Nếu Thì” Các lo¿i hË má gßm: 1) Måt đÅu vào x0 và måt đÅu ra y (SISO - Single Input, Single Output); 2) NhiÅu

đÅu vào xi (i=1 m) và måt đÅu ra y (MISO - Multiple Inputs, Single Output); 3)

NhiÅu đÅu vào xi (i=1 m) và nhiÅu đÅu ra yk, (k=1 n) (MIMO - Multiple Inputs,

Multiple Outputs)) Vßi R là luÁt, A và B là các tÁp má, hË má MISO có khái luÁt

HË má MIMO vßi m đÅu vào, n đÅu ra: Có thÇ tách thành n hË, mãi hË có m đÅu

vào và 1 đÅu ra Tùy theo sá đÅu vào và sá đÅu ra, måt hË điÅu khiÇn má có thÇ là

SISO, MISO hoặc MISO Sá l°ÿng đÅu vào và đÅu ra là tùy vào māc đå phāc t¿p cÿa hË tháng và yêu cÅu cÿa āng dāng Tuy nhiên đÇ không phāc t¿p khi tính toán đÅu ra hË điÅu khiÇn má th°áng đ°ÿc lāa chọn phá biÃn là MISO

 Khối mô tơ suy diễn

Mô-t¢ suy diÉn có nhiËm vā dāa vào các tÁp má đÅu vào và tÁp các luÁt má trong khái luÁt má t¿o thành tÁp má đÅu ra Ký hiËu  ngh*a là ánh x¿ tÁp má đÅu vào thành tÁp má đÅu ra theo các luÁt má sẵn có Gọi A là tÁp má đÅu vào; B là tÁp má đÅu ra Các suy luÁn A  B đ°ÿc thāc hiËn qua các hàm thuåc A(x), B(y) và

R(x,y), R là quan hË má giÿa A và B Có ba ph°¢ng pháp suy diÉn má phá biÃn là max – min, max – prod và singlenton, trong đó ph°¢ng pháp max – min đ°ÿc dùng phá biÃn do đ¢n giÁn và tác đå tính toán nhanh Cách tính đå thuåc cÿa kÃt quÁ theo ph°¢ng pháp max – min nh° sau:

 Khối giải mờ

GiÁi má là tiÃn trình t¿o ra các giá trị rõ là đ¿i l°ÿng đÅu ra cÿa hË điÅu khiÇn má tă các kÃt quÁ má do mô t¢ suy diÉn cung cÃp Có nhiÅu ph°¢ng pháp đÇ giÁi má nh°: ph°¢ng pháp cāc đ¿i, ph°¢ng pháp trọng tâm, ph°¢ng pháp Singletons Tuy nhiên ph°¢ng pháp đ°ÿc dùng phá biÃn nhÃt là ph°¢ng pháp trọng tâm (CoG- Center-of-Gravity) Các giá trị rõ ã đÅu ra đ°ÿc lÃy theo điÇm trọng tâm cÿa hình bao bãi hàm thuåc cÿa đÅu ra và trāc hoành theo công thāc sau

+

Trong đó, S là miÅn xác định cÿa tÁp má đÅu ra y, y là các giá trị rõ cÿa đÅu ra

ĐÇ tránh phāc t¿p khi phÁi tính tích phân, ph°¢ng pháp CoG có thÇ tính xÃp xÍ bằng

ph°¢ng pháp tính trung bình tâm theo công thāc sau vßi yi là tọa đå cÿa trọng tâm tÁp má thā i trong tÁp hÿp thành cÿa đÅu ra:

∑

1.4.3 Khả năng áp dụng điều khiển mờ cho điều khiển tắc nghẽn

ĐiÅu khiÇn má đã đ°ÿc áp dāng vào điÅu khiÇn tÃc nghÁn trong nhiÅu nghiên cāu tr°ßc đây [70, 33, 65, 113, 29, 125] và måt sá nghiên cāu mßi đây [98, 4, 35, 5] TÃc nghÁn là måt khái niËm không thāc sā rõ ràng, có sā chßng lÃp Tr¿ng thái

tÃc nghÁn m¿ng có thÇ rÃt thÃp, thÃp, trung bình, cao, rÃt cao, v.v Các tham sá xác định tÃc nghÁn đa d¿ng và có đå biÃn thiên cao, rÃt khó xác định rõ ràng Khó có thÇ đ°a ra måt mô hình tính toán chính xác cho điÅu khiÇn tÃc nghÁn trong điÅu kiËn m¿ng đång, biÃn thiên liên tāc cÿa các tham sá liên quan nh° đå trÉ, sá l°ÿng kÃt nái, l°u l°ÿng, v.v Tính không chÃc chÃn cÿa các tham sá nh° băng thông sẵn dùng, băng thông cá chai, v.v cũng t¿o thêm khó khăn cho điÅu khiÇn Bãi vÁy, điÅu khiÇn má đã đ°ÿc nhiÅu nghiên cāu lāa chọn đÇ điÅu khiÇn tÃc nghÁn

Keshav [70] đã chÍ ra thách thāc trong °ßc tính tham sá khi m¿ng biÃn đång Måt bå điÅu khiÇn má đã đ°ÿc đÅ xuÃt đÇ °ßc tính các tham sá chuãi thái gian nhằm hiËu chÍnh tác đå phát Các tác giÁ [33] đÅ xuÃt c¢ chà Fuzzy-RED dāa vào biÃn thiên cÿa kích th°ßc bå đËm đÇ dā đoán tÃc nghÁn do tràn bå đËm trong m¿ng Bài báo [39] đÅ xuÃt sử dāng bå điÅu khiÇn má đÇ dā đoán tÃc nghÁn cho TCP C¢ chà điÅu khiÇn má trong [65] sử dāng māc đå chiÃm dāng bå đËm, tác đå phát gói, sá nút m¿ng tham gia đÇ xác định māc đå tÃc nghÁn m¿ng cÁm biÃn không dây Các tác giÁ [98] đÅ xuÃt kÃt hÿp c¢ chà quÁn lý bå đËm tích cāc vßi måt bå điÅu khiÇn má đÇ hiËu chÍnh tác đå phát cho tăng nút trong m¿ng cÁm biÃn không dây, sử dāng sā khác biËt vÅ kích th°ßc bå đËm và biÃn thiên trÉ t¿i mãi nút m¿ng Måt hË điÅu khiÇn má đÅ xuÃt trong [113] sử dāng sá nút m¿ng t°¢ng tranh, tÿ lË chiÃm dāng bå đËm cÿa các nút ã chặng kà tiÃp, tÁi l°u l°ÿng cÿa các lußng tin video qua m¿ng cÁm biÃn không dây C¢ chà điÅu khiÇn má trong [29] đÅ xuÃt định tuyÃn sử dāng kích th°ßc bå đËm và cửa sá tÃc nghÁn vßi c¢ chà quÁn lý bå đËm tích cāc

Måt sá nghiên cāu đÅ xuÃt āng dāng điÅu khiÇn má đÇ lāa chọn tuyÃn kÃt nái [125, 4, 52] Trong [125], måt bå điÅu khiÇn má đÇ định tuyÃn sử dāng c¢ chà quÁn lý bå đËm tích cāc cho m¿ng cÁm biÃn không dây Mô hình điÅu khiÇn tách biËt các nút m¿ng bị lãi khi định tuyÃn đÇ giÁm thiÇu tÃc nghÁn Trong [4], måt c¢ chà RED sử dāng māc °u tiên má đ°ÿc đÅ xuÃt đÇ dā đoán māc tÃc nghÁn t¿i tăng nút m¿ng dāa vào xác suÃt rßt gói đÇ tìm ra tuyÃn ít tÃc nghÁn nhÃt C¢ chà điÅu khiÇn má trong [52] sử dāng đå chiÃm dāng bå đËm t¿i tăng nút, māc °u tiên, tác đå gói tin đÃn đÇ dā đoán māc đå tÃc nghÁn nhằm điÅu chÍnh tác đå phát Trong [35], måt bå

điÅu khiÇn má cho điÅu chÍnh tác đå đã đ°ÿc đÅ xuÃt C¢ chà này sử dāng mô hình hàng đÿi đÇ tính toán bå đËm t¿i nút m¿ng nhằm dā đoán tÃc nghÁn Các tác giÁ sử dāng kích th°ßc bå đËm, tÿ lË RTT/RTO đÇ dā đoán tr¿ng thái m¿ng và điÅu chÍnh tác đå phát Trong [5], måt c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cho CoAP sử dāng logic má đ°ÿc đÅ xuÃt HË điÅu khiÇn má sử dāng 3 đÅu vào là: Tÿ lË RTT, chu kỳ RTT và đå biÃn thiên RTT đÇ dā đoán đÅu ra RTO nhằm māc đích tính RTO cho c¢ chà lùi, giÁm thiÇu sá lÅn phát l¿i cÿa CoAP C¢ chà này có h¿n chà do dāa vào mÃt gói và ch°a điÅu chÍnh tác đå phát

KÃt quÁ khÁo sát đÃn nay cho thÃy, điÅu khiÇn má đã đ°ÿc áp dāng cho điÅu khiÇn tÃc nghÁn trong m¿ng Internet, song chÿ yÃu áp dāng trong quÁn lý bå đËm tích cāc t¿i các nút m¿ng C¢ chà điÅu khiÇn má cho CoAP trong [5] chÍ phāc vā cho viËc tính RTO nhằm māc đích phát l¿i V¿n ch°a có nghiên cāu nào đÅ cÁp đÃn điÅu khiÇn má cho điÅu chÍnh tác đå phát CoAP đÇ tránh tÃc nghÁn

1.5 Giao thāc CoAP

1.5.1 Hoạt động của CoAP

CoAP [100] là giao thāc h¿ng nhẹ vì có phÅn tiêu đÅ gói tin đ¢n giÁn vßi kích th°ßc cá định là 4 bytes Giao thāc sử dāng mô hình đẩy–kéo vßi 4 ph°¢ng thāc trao đái c¢ bÁn là: GET, POST, PUT và DELETE

Hình 1.9 Tiêu đề cố định của gói tin CoAP

Token (if any, TKL bytes) Options (if any)

Hình 1.10 Cấu trúc một gói tin CoAP

Hình 1.9 biÇu thị tiêu đÅ cá định cÿa gói tin CoAP, hình 1.10 biÇu thị måt gói

tin CoAP đÅy đÿ các tr°áng tin Ý ngh*a các ký hiËu nh° sau: Ver (2 bit) là phiên bÁn CoAP; T (2 bit) biÇu thị kiÇu gói tin (00 = CON, 01=NON, 02=ACK, 03=RES); TKL (4 bit) là đå dài cÿa tr°áng th¿ (Token); Option là phÅn tùy chọn CoAP có 4 kiÇu gói tin gßm: CON (Confirmable) là gói tin có tin cÁy; NON (Non-confirmable) là gói tin không tin cÁy; ACK là gói tin phÁn hßi; RES (Reset) là gói tin báo hÿy kÃt nái CoAP có cÃu trúc gọn nhẹ vÅ quy tÃc và cú pháp PhÅn tiêu đÅ nhß nên có thÇ đ¿t hiËu quÁ truyÅn cao, tiêu tán tài nguyên thÃp Do dāa trên UDP nên CoAP không cÅn thiÃt lÁp và duy trì kÃt nái, quá trình xử lý đ¢n giÁn, nhanh, phù hÿp cho các āng dāng IoT

CoAP hã trÿ hai chà đå truyÅn: Tin cÁy và không tin cÁy â chà đå tin cÁy, gói tin CON đ°ÿc phát đi và chuyÇn tßi bên nhÁn Bên gửi chá phÁn hßi ACK tă bên nhÁn (hình 1.11a) ID 0x8C69 là ví dā måt mã định danh gói tin NÃu bên gửi không nhÁn đ°ÿc phÁn hßi ACK sau RTO đặt tr°ßc, bên gửi sÁ thāc hiËn phát l¿i gói tin Sá lÅn phát l¿i tái đa có thÇ đặt tr°ßc, ví dā bằng 4 [100] Ng°ÿc l¿i, ã chà đå truyÅn không tin cÁy, bên gửi không đòi hßi phÁn hßi ACK tă bên nhÁn (hình 1.11b)

Hình 1.11 mô tÁ ph°¢ng thāc ho¿t đång cÿa CoAP Bên gửi phát đi måt yêu cÅu (Request) tßi bên nhÁn bằng cách sử dāng ph°¢ng thāc GET hay POST Bên nhÁn sÁ trÁ vÅ phÁn hßi (Response) theo ph°¢ng thāc PUT

Hình 1.11 Ví dụ về chế độ truyền tin cậy (a) và không tin cậy (b)

1.5.2 Cơ chế điều khiển tắc nghẽn của CoAP

Do thiÃt kà h¿ng nhẹ, c¢ chà điÅu khiÇn tÃc nghÁn cÿa CoAP khá đ¢n giÁn theo kiÇu dăng và đi tiÃp (Stop-and-Go) Dăng là bên gửi chá phÁn hßi ACK sau khi đã phát måt gói tin Đi tiÃp ngh*a là bên gửi chÍ phát tiÃp gói tin sau khi đã nhÁn đ°ÿc ACK cho gói tin tr°ßc C¢ chà truyÅn tin cÁy này biÇu thị trên hình 1.12

â hình 1.12a, sau khi phát måt gói tin, bên gửi sÁ chá ACK RTT là thái gian

quay vòng tă lúc gửi đÃn khi nhÁn ACK t°¢ng āng Sau khi nhÁn đ°ÿc ACK, bên gửi phát gói tin CON tiÃp theo IPI (Inter-packet interval) là thái gian giÿa hai gói CON phát đi thành công Hình 1.12b mô tÁ các lÅn phát l¿i cÿa CoAP Sau khi phát måt gói CON, bên gửi đặt RTO đÇ chá gói ACK NÃu thái gian chá quá RTO mà v¿n ch°a nhÁn đ°ÿc ACK, bên gửi sÁ phát l¿i gói CON vßi RTO mßi gÃp đôi RTO cũ Quá trình lặp l¿i nÃu bên gửi v¿n ch°a nhÁn đ°ÿc ACK Sá lÅn phát l¿i tái đa có thÇ đặt tr°ßc [100] hoặc tùy āng dāng C¢ chà này đ°ÿc gọi là lùi theo hàm mũ nhị phân BEB (Binary Exponential Backoff)

Hình 1.12 a) Trao đổi gói tin CON và ACK, b) Các lần phát lại

C¢ chà BEB đ°ÿc giÁi thích nh° sau: KhoÁng thái gian tă khi phát gói CON tßi khi phát l¿i lÅn thā nhÃt là RTO Tác đå phát l¿i là 1/RTO (1 gói tin trong måt RTO) â lÅn phát l¿i thā 2, RTO tăng gÃp đôi, ngh*a là tác đå phát l¿i sÁ giÁm ½ sau mãi lÅn phát l¿i Đây là cách CoAP h¿n chà tÃc nghÁn, là giÁm tác đå phát l¿i

1.6 Các nghiên cāu liên quan cÁi tiÁn CoAP và nhÿng tßn t¿i

1.6.1 Các nghiên cứu liên quan cải tiến CoAP

Các nghiên cāu liên quan cÁi tiÃn CoAP chia theo ba tính năng chính cÿa CoAP là: 1) cách tính RTO, 2) c¢ chà lùi, và 3) thuÁt toán điÅu khiÇn

 Các nghiên cứu liên quan cải tiến cách tính RTO của CoAP

Tham sá RTO cá định cÿa CoAP không phù hÿp vßi điÅu kiËn biÃn đång cÿa m¿ng Do vÁy, hÅu hÃt các c¢ chà cÁi tiÃn đÅu tÁp trung vào cách tính RTO đång

Trong [34], các tác giÁ đÅ xuÃt thay thà RTO cá định bằng viËc nhân RTO vßi måt hË sá ng¿u nhiên Giá trị hË sá này nhß nên bên gửi có thÇ phát nhanh h¢n mà không cÅn chá lâu trong thái gian có tÃc nghÁn Tuy nhiên, điÅu này l¿i làm phát sinh mÃt nhiÅu gói Các tác giÁ trong [77] đÅ xuÃt đ°a måt biÃn đÃm sá lÅn phát l¿i vào tr°áng tiêu đÅ cÿa CoAP đÇ cÁp nhÁt RTO Do RTO biÃn thiên theo RTT, måt

c¢ chà kÃt hÿp giÿa RTO nhanh và RTO chÁm đ°ÿc đÅ xuÃt trong [66, 67] vßi c¢ chà RTO nhanh - chÁm FASOR (Fast-Slow RTO) RTO nhanh đ°ÿc tính t°¢ng tā RTO cÿa TCP [104] khi các gói ACK trùng khßp vßi các gói CON RTO chÁm đ°ÿc đo tă thái điÇm phát måt gói đÃn khi nhÁn đ°ÿc ACK cÿa nó, bÃt kÇ bao nhiêu lÅn phát l¿i RTO nhanh dùng đÇ dā đoán lãi kênh, còn RTO chÁm đÇ dā đoán tÃc nghÁn

Đå chính xác cÿa tính toán RTO phā thuåc vào °ßc l°ÿng đúng RTT Trong [76], måt bå đÃm đ°ÿc đ°a vào tr°áng tùy chọn cÿa tiêu đÅ gói tin nhằm xác định đúng sá hiËu gói có ACK đÇ tă đó tính RTT chính xác h¢n và cÁp nhÁt RTO Các tác giÁ trong [95] đÅ xuÃt cách tính đå dác RTT theo thái gian Giá trị RTT cÿa tăng gói đ°ÿc dùng đÇ dā báo tÃc nghÁn Cách này khó khÁ thi vì RTT biÃn đång ng¿u nhiên cho tăng gói tin TÅm quan trọng cÿa đå biÃn thiên RTT đã đ°ÿc nhìn nhÁn trong hÅu hÃt các nghiên cāu Đã có nhiÅu ph°¢ng pháp đ°a ra °ßc l°ÿng phù hÿp h¢n cho đå biÃn thiên RTT [21, 71, 115], điÇn hình nh° trong måt sá nghiên cāu mßi đây [67, 37, 117, 107, 38]

Giao thāc CoCoA (Simple Congestion Control Advanced) [22, 23] là måt c¢ chà điÇn hình đ°a ra måt sá cÁi tiÃn đÇ khÃc phāc nh°ÿc điÇm cÿa CoAP CoCoA đo liên tāc RTT đÇ tính RTO nhằm h¿n chà tÅn suÃt phát l¿i, sử dāng RTT đÇ tính RTO dāa theo thuÁt toán tính RTO cÿa TCP [104] Hai bå °ßc l°ÿng RTO đ°ÿc đÅ xuÃt là °ßc l°ÿng mạnh và °ßc l°ÿng yếu Các bå °ßc l°ÿng này đ°ÿc cÁp nhÁt t°¢ng āng vßi giá trị đo RTT m¿nh hay yÃu RTT m¿nh đo đ°ÿc khi bên gửi nhÁn đ°ÿc ACK ngay cho lÅn phát đÅu tiên RTT yÃu đo đ°ÿc trong tr°áng hÿp nhÁn ACK sau ít nhÃt måt lÅn phát l¿i Các công thāc sau đ°ÿc sử dāng đÇ tính RTO:

| | (1.9)

Trong đó RTTVAR là giá trị trung bình °ßc tính cÿa RTT, x là ký hiËu cho mạnh

hoặc yếu, new biÇu thị giá trị RTT đo đ°ÿc ã chu kỳ hiËn thái, overall biÇu thị °ßc