HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG HOÀNG TRỌ MINH CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY QUA KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN QOS Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 62.52.70.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2013 Công trình hoàn thành tại: Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Tập đoàn Bưu Viễn thông Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Quốc Bình PSG TS Nguyễn Tiến Ban Phản biện 1:………………………………………………………… ………………………………………………………… Phản biện 2:………………………………………………………… ………………………………………………………… Phản biện 3:………………………………………………………… ………………………………………………………… Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ………………giờ …… ngày …… tháng…… năm…… Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông 28 MỞ ĐẦU HỘI NGHỊ KHOA HỌC Hoàng Trọng Minh, “Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới hiệu Mạng hình lưới không dây WMN (Wireless Mesh Network) coi mạng hình lưới không dây”, Báo cáo phiên dành cho giải pháp then chốt mạng không dây hệ nhằm mục NCS, The 2nd Asian Conference on Intelligent Information and tiêu cung cấp truy nhập Internet không dây băng rộng với vùng phủ lớn Database Systems, ACIIDS MDC 2010 Bên cạnh ưu điểm cấu hình ứng dụng, chế truyền Trong-Minh Hoang, “A Novel Computation for Supplementing thông đa bước không dây yêu cầu cung cấp chất lượng dịch vụ Interference Analytical Model in 802.11-based Wireless Mesh QoS (Quality of Service) cho thấy số thách thức mà WMN cần Networks”, Wireless phải vượt qua mặt hiệu mạng Trong đó, ảnh hưởng Computing tượng tranh chấp kênh tác động nhiễu truyền dẫn đồng thời IEEE Communications, Conference Networking Publications, and Mobile (WiCOM), 2012 8th International Conference on, pp – Trong-Minh Hoang, Minh Hoang, “A Novel Analytical Model to Identify Link Quality in 802.11 Mesh Networks”,IEEE Conference Publications, Computational tới chất lượng liên kết nguyên nhân gây suy giảm hiệu Nhằm tìm kiếm giải pháp cải thiện hiệu WMN, nghiên cứu Intelligence, sinh sử dụng tiếp cận xuyên lớp (crosslayer) lớp MAC lớp định Communication Systems and Networks (CICSyN), 2012 Fourth tuyến Tiếp cận phân tích hiệu mô hình giải tích cho thấy tính International Conference on, pp 129 – 136 khả thi cao tiếp cận thông dụng khả phản ánh tốt thông 10 Trong-Minh Hoang, Vuong-Long Dinh, Kim-Quang Nguyen, số vật lý độ phức tạp tính toán thấp Vì vậy,nghiên cứu phát triển “A study on routing performance of 802.11 based wireless mesh mô hình giải tích phản ánh chất lượng liên kết sử dụng networks under serious attacks”, IEEE Conference Publications, thành phần dự báo chất lượng liên kết kết hợp với thành phần đo Computing, chủ động sẵn có giao thức OLSR để đề xuất tham số định tuyến Management and Telecommunications (ComManTel), 2013 International Conference on, pp 295 – mới, cải thiện thông số hiệu WMN 297 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Với mục tiêu tìm kiếm giải pháp khả thi cải thiện hiệu WMN thông qua kỹ thuật định tuyến QoS, nghiên cứu đề xuất tham số định tuyến tích hợp vào giao thức định tuyến OLSR nhằm cải thiện thông số hiệu mạng cụ thể 27 như: thông lượng, độ trễ tỷ lệ tổn thất gói tin Tính đắn hiệu DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ đề xuất xác định qua phân tích lý thuyết, phân tích số mô BÀI BÁO KHOA HỌC Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục tiêu đối tượng nghiên cứu nêu trên, nhiệm mạng hình lưới không dây WMN”, Tạp chí khoa học vụ nghiên cứu nghiên cứu sinh tập trung vào vấn đề sau: Các đặc tính ảnh hưởng tới hiệu mạng WMN; mô hình giải tích Hoàng Trọng Minh,“Khảo sát hiệu tham số định tuyến công nghệ - Các trường đại học, ISSN 0868-3980, số 76, 2010 Hoàng Trọng Minh, Nguyễn Tiến Ban, “Nghiên cứu tham số biểu diễn chế hoạt động IEEE 802.11 DCF; Đề xuất tham số định tuyến phản ánh nhiễu mạng hình lưới không dây định tuyến cải thiện hiệu WMN IEEE 802.11”, Tạp chí khoa học kỹ thuật quân sự, ISSN Phương pháp nghiên cứu 1859-1043, số 13, 2011 Trên sở nhiệm vụ nghiên cứu nêu trên, nghiên cứu sinh Hoang Trong Minh, Hoang Minh, Nguyen Quoc Binh, “A Novel dựa công cụ toán học lý thuyết xác suất, chuỗi Markov, Computation for Supplementing Interference Analytical Model phương pháp tính để xác minh tính đắn mặt lý thuyết Công cụ in 802.11-based Wireless Mesh Networks”, Tạp chí khoa học mô kiện rời rạc sử dụng luận án nhằm để kiểm công nghệ, ISSN 0866-708x, số 2, 2012 chứng tính hợp lý đề xuất Hoang Trong Minh, Nguyen Tien Ban, “An Approach to Predict Cấu trúc luận án Interference Impacts on wireless links of 802.11 Mesh Networks Các kết nghiên cứu đóng góp luận án trình bày ”, Tạp chí khoa học kỹ thuật quân sự, ISSN 1859-1043, số chương, mục theo cấu trúc sau: 24, 2012 Chương 1: Khái quát vấn đề liên quan tới hiệu mạng hình lưới Hoang Trong Minh, Hoang Minh, “A Novel Analytical Model to không dây Identify Link Quality in 802.11 Mesh Networks”, Tạp chí khoa Chương 2: Bài toán mô hình hóa giao thức điều khiển truy nhập phương học công nghệ, ISSN 0866-708x, số 2, 2012 tiện điều kiện bão hòa Hoang Trong Minh, Hoang Minh,“A Novel Interference Aware Chương 3: Xây dựng mô hình giải tích đánh giá chất lượng liên kết routing metric for QoS provision in 802.11 wireless mesh Chương 4: Đề xuất tham số định tuyến QoS cải thiện hiệu mạng network”, Tạp chí khoa học công nghệ, ISSN 0866-708x, số hình lưới không dây 1A, 2013 Hà nội, tháng 12 năm 2013 26  Trong số ứng dụng thực tiễn yêu cầu hạ tầng WMN đáp ứng điều kiện QoS chặt chẽ ứng dụng trễ, tỷ lệ tổn thất gói tin tối đa, băng thông tối thiểu, Vì vậy, định định tuyến đảm bảo QoS ứng dụng cần hỗ trợ chế xác định yêu cầu đầu vào bổ sung điều kiện ràng buộc định tuyến Điều dẫn tới mục tiêu tối ưu vừa nhằm thỏa mãn yêu cầu ứng dụng tính khả thi tính toán định tuyến môi trường thực tiễn CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY Tóm tắt: Nội dung chương khái quát đặc tính kỹ thuật mạng hình lưới không dây với ứng dụng điển hình, vấn đề tảng chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service), tiếp cận giải vấn đề hỗ trợ QoS mạng hình lưới không dây điểm  Mạng hình lưới không dây triển khai nhiều công nghệ lớp khác IEEE 802.11 IEEE 802.15 hay IEEE 802.16 Vì vậy, hướng tiếp cận luận án tiếp tục nghiên cứu với dạng công nghệ giao thức điều khiển truy nhập khác nhằm mở rộng phát triển kết luận án mấu chốt kỹ thuật định tuyến QoS Đặc biệt, giải pháp cải thiện  Vấn đề nhiễu tác động nhiễu WMN đa dạng phức tạp Bên cạnh nhiễu liên luồng xung đột đề cập luận án, tác động nhiễu nội luồng, nhiều từ nguồn bên môi trường vấn đề mở cần tiếp tục nghiên cứu 1.1 TỔNG QUAN MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY  Công cụ mô kiện rời rạc có ý nghĩa lớn mục tiêu phân tích đánh giá thủ tục lớp cao mạng truyền thông Tuy nhiên, nghiên cứu hiệu sử dụng đa dạng loại công cụ khác để kiểm chứng kết giải pháp đề xuất tùy thuộc vào ưu công cụ mô với toán đề xuất Vì vậy, tiếp cận luận án cần tiếp tục phát triển mở rộng với công cụ mô giải pháp phân tích số khác Trên số kết luận hướng kiến nghị luận án, nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn khoa học nhà khoa học định hướng phản biện để giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án hiệu nghiên cứu gần tóm tắt qua khía cạnh sử dụng công cụ toán học nhằm sáng tỏ cách thức tiếp cận học thuật luận án Giải pháp mạng kết nối hình lưới không dây WMN (Wireless Mesh Network) hình thành giải pháp then chốt cho mạng truy nhập không dây băng rộng với vùng phủ rộng [61], [63], [69] Dưới góc độ ứng dụng công nghệ, WMN phát triển mạnh mẽ nhờ số ưu điểm sau: triển khai nhanh, khắc phục tương che tầm nhìn thẳng, công nghệ truyền thông tầm ngắn, truyền thông đa đường hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến Vì vậy, công nghệ WMN có nhiều ưu điểm trội có khả ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống 1.1.1 Kiến trúc mạng hình lưới không dây Công nghệ truyền dẫn tảng cho WMN xây dựng chuẩn công nghiệp thông dụng Viện kỹ nghệ Điện Điện tử IEEE như: IEEE 802.11 [45], IEEE 802.15 [44] IEEE 802.16 [46] WMN thực truyền thông đa chặng không dây thiết bị đầu cuối di động thông qua thiết bị định tuyến bố trí tĩnh theo hình lưới Mạng hình lưới không dây tổ chức theo kiểu kiến trúc như: WMN phẳng, WMN phân cấp WMN lai ghép tùy theo kịch ứng dụng 1.1.2 Một số ứng dụng điển hình Nhờ vào ưu điểm mặt cấu hình công nghệ ứng dụng cho mạng WMN, số ứng dụng điển hình WMN thể bổ sung thiết yếu cho công nghệ thời như: mạng truy nhập băng rộng, mạng cộng đồng, mạng công sở, mạng vùng nhỏ, mạng giao thông mạng cảm biến 1.2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 1.2.1 Khái quát chất lượng dịch vụ Mục vấn đề cốt lõi vấn đề cung cấp, đảm bảo QoS khía cạnh chung Đồng thời mục tiêu cung cấp đảm bảo QoS WMN gắn liền với mục tiêu tối ưu tài nguyên mạng mục tiêu cấp thiết nhà nghiên cứu khai thác mạng [17], [49] 25 Đề xuất tham số định tuyến cung cấp QoS cải thiện hiệu mạng hình lưới không dây Dựa mô hình giải tích đề xuất kiểm chứng phương pháp phân tích số, luận án đề xuất tham số định tuyến phản ánh nhiễu IARM ứng dụng cho WMN dựa IEEE 802.11 Giải pháp kết hợp thành phần tham số cho phép cải thiện độ xác toán xác định chất lượng liên kết không dây không gia tăng độ phức tạp tính toán tận dụng thủ tục sẵn có giao thức định tuyến OLSR Tham số định tuyến IARM chứng minh tính tương thích kết hợp với giao thức định tuyến OLSR cho thấy kết cải thiện hiệu khía cạnh trễ trung bình, tỷ lệ chuyển phát thành công tỷ lệ tổn thất gói tin thông lượng toàn mạng qua kết mô số Các đóng góp nhóm kết gồm:  Xây dựng cấu trúc, thành phần tham số định tuyến QoS phản ánh nhiễu IARM với phân tích chứng minh tính tương thích tham số với thuật toán Dijktra;  Sửa đổi xây dựng module tính toán định tuyến giao thức OLSR để tích hợp với tham số định tuyến IARM; gian điều hành khác biệt lớp dẫn tới mô hình kiến trúc phân  Mô chiết xuất kết liên quan tới tham số hiệu mạng gồm trễ, tỷ lệ chuyển phát gói tin thành công, tỷ lệ tổn thất gói tin thông lượng mạng lưu lượng đầu vào thay đổi So sánh mức cải thiện hiệu mạng sử dụng OLSR-IARM để xuất với OLSR nguyên gốc lớp không đạt điểm tối ưu hiệu tổng thể mạng WMN, Bằng phân tích lý thuyết kết mô trình bày việc cung cấp QoS WMN phụ thuộc vào tham số động mạng luận án cho thấy số ưu điểm định tham số định môi trường điều khiển phân tán Vì vậy, hướng tiếp cận xuyên lớp tuyến đề xuất Tuy nhiên, vấn đề sau cần tiếp tục nghiên 1.2.2 QoS với tiếp cận xuyên lớp WMN Cấu trúc mạng hình lưới không dây đem tới số vấn đề đặc thù khiến kiến trúc phân lớp không hoạt động hiệu Mặt khác biến thời cứu tiếp trình bày hướng nghiên cứu cần tiếp tục 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ không tránh khỏi để gắn kết tối ưu điều khiển lớp nhằm cung Với mục tiêu cải thiện hiệu mạng hình lưới không dây qua kỹ thuật định tuyến QoS, luận án tiếp cận trực tiếp tới toán xây dựng tham số định tuyến cung cấp chất lượng dịch vụ mạng hình cấp QoS tối ưu hiệu mạng [56] 1.3 KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN QOS 1.3.1 Kỹ thuật định tuyến lưới không dây dựa họ tiêu chuẩn IEEE 802.11 Tham số định tuyến Mục tiêu phương pháp định tuyến nhằm sử dụng tối đề xuất có cấu trúc lai ghép nhằm khai thác điểm mạnh phương pháp đa tài nguyên mạng, tối thiểu hoá giá thành mạng Các vấn đề dự đoán sở mô hình giải tích tận dụng thủ tục giao kỹ thuật định tuyến tóm tắt theo ba khía cạnh: thủ tục trao đổi thức định tuyến OLSR Trong trình thực luận án, số kết cập nhật thông tin, thuật toán tính toán đường dẫn tham số định khoa học đề cập thuộc hai nhóm kết sau: tuyến Mô hình giải tích đánh giá chất lượng liên kết cho mạng hình lưới không dây dựa chuẩn IEEE 802.11 Trên sở sử dụng công cụ toán học lý thuyết xác suất chuỗi Markov, mô hình giải tích biểu diễn hoạt động giao thức điều khiển truy nhập phương tiện tiêu chuẩn IEEE 802.11 DCF xây dựng Các vấn đề đóng góp công bố gồm:  Mô hình hóa hoạt động giao thức IEEE 802.11 DCF công cụ giải tích dựa chuỗi Markov lý thuyết xác suất;  Bổ sung hoàn thiện điều kiện thực tiễn gồm lưu lượng không bão hòa kênh không lý tưởng nhằm nâng cao độ xác mô hình giải tích; 1.3.2 Kỹ thuật định tuyến QoS Kỹ thuật định tuyến QoS coi toán có định tìm đường tối ưu thỏa mãn điều kiện ràng buộc Thông qua toán chung đặt cho kỹ thuật định tuyến QoS, phân tích khó tìm lời giải cho trường hợp nhiều điều kiện ràng buộc WMN Vì vậy, cách tiếp cận khả thi để giải toán định tuyến QoS sử dụng tham số tổ hợp gồm thành phần mang tính lõm với tính cộng tính nhân sử dụng lời giải kinh nghiệm (heuristic) để giảm thiểu độ phức tạp tính toán 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT  Đưa tính toán tường minh cho toán xác định vectơ dừng ma trận xác suất chuyển trạng thái chuỗi Markov; NAM  Bổ sung điều kiện thiếu hụt mô hình giải tích biểu diễn trạng thái hoạt động nút điều kiện lưu lượng mạng bão hòa tác giả trước, xác định xác suất tranh chấp thắng qua mệnh đề toán học đề xuất rộng rãi cho WMN họ chuẩn IEEE 802.11 Tuy nhiên, họ chuẩn IEEE Một số chuẩn công nghệ phổ biến ứng dụng 802.11 thiết kế cho truy nhập đơn chặng không dây thay cho truyền thông đa chặng không dây Nhằm sáng tỏ cách tiếp cận luận án, vấn đề hiệu giải pháp cải thiện nghiên cứu trước 23 Các kết tham số hiệu giao thức OLSR- lĩnh vực trình bày vắn tắt IARM tốt so với OLSR tất kịch Kết thông 1.4.1 Hiệu tham số phản ánh lượng hình 4.9 cho thấy thông lượng OLSR-IARM cao Hiệu mạng, thước đo lực mạng hoạt động điều xấp xỉ gấp đôi so với thông lượng OLSR hành, không phụ thuộc vào yếu tố nội mạng mà phụ thuộc lớn vào ứng dụng triển khai Để đánh giá hiệu năng, nghiên cứu sử dụng tiêu chí hiệu mạng cụ thể như: thông lượng, trễ từ đầu cuối tới đầu cuối tỷ lệ tổn thất gói tin 1.4.2 Các tiếp cận cải thiện hiệu Nhằm sáng tỏ cách tiếp cận học thuật nghiên cứu, mục khảo sát đánh giá nghiên cứu trước giới Việt nam góc độ sử dụng công cụ toán học lý thuyết đồ thị, quy hoạch tuyến tính mô hình giải tích Trong đó, mô hình giải tích tiếp cận mô Hình 4.9: So sánh thông lượng OLSR OLSR-IARM Các kết mô khẳng định tính ưu việt tham số định hình hóa có khả phản ánh tốt thông số vật lý độ phức tạp tuyến QoS đề xuất, đặc biệt kịch nhiễu vừa lớn tính toán không cao Tuy nhiên, mô hình giải tích tập trung vào 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG mục tiêu đánh giá phân tích hiệu đặc biệt độ xác Trong chương này, nghiên cứu sinh trình bày đề xuất tham số mô hình phụ thuộc trực tiếp vào giả thiết Vì vậy, hướng tiếp cận định tuyến QoS cho mạng hình lưới không dây Tính hợp lý đề hoàn toàn phù hợp cho mục tiêu đánh giá chất lượng liên kết xuất trình bày phân tích lý thuyết Tham số định tuyến tác động nhiễu liên luồng thông số vật lý thực tiễn IARM tích hợp vào giao thức định tuyến OLSR mô phản ánh vào mô hình Để nâng cao tính xác phù hợp với mục công cụ NS-2 để đánh giá ưu điểm tham số đề xuất Các kết tiêu đề tài nghiên cứu, mô hình giải tích xây dựng với mô cho thấy OLSR-IARM có mức cải thiện hiệu điều kiện bổ sung lưu lượng mạng không bão hòa kênh đáng kể so với OLSR nguyên gốc khía cạnh hiệu độ không lý tưởng Đó sở để xây dựng thành phần tham số định tuyến trễ trung bình gói tin, tỷ lệ chuyển phát gói tin thành công, xác suất phản ánh nhiễu, cung cấp thông tin chất lượng liên kết tới lớp định tuyến tổn thất gói thông lượng mạng nhằm cải thiện hiệu mạng 7 22 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Nội dung chương thể khái quát cấu trúc, ứng dụng WMN nhằm bật đặc tính riêng biệt đối tượng cần quan tâm nghiên cứu Sự khác biệt cấu trúc chức mạng truyền thông không dây với mạng hữu tuyến truyền thống cho thấy tiếp cận xuyên lớp hướng tất yếu cho toán cung cấp chất lượng dịch vụ WMN Hình 4.7: Tỷ lệ chuyển phát gói tin thành công OLSR OLSR-IARM Cụ thể, trễ tăng gần tuyến tính từ khoảng 50 ms tốc độ gửi gói CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN MÔ HÌNH HÓA GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP PHƯƠNG TIỆN TRONG ĐIỀU KIỆN tin gói/s đến gần 500 ms tốc độ gửi gói tin 20 gói/s; tỷ lệ chuyển phát BÃO HÒA gói tin thành công giảm khoảng 20% từ xấp xỉ 90% xuống xấp xỉ 70%; tỷ lệ tổn thất gói OLSR tăng từ gần 5% lên đến xấp xỉ 25%; thông Tóm tắt: Hiệu hoạt động giao thức điều khiển truy nhập lượng giảm từ khoảng 700 Kbps xuống khoảng 300 Kbps Trong phương tiện tiêu điểm nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp đó, tham số hiệu tương ứng OLSR-IARM có tới lực kênh truyền dẫn Mô hình hóa giao thức điều khiển suy giảm mức độ suy giảm chậm so với mức độ suy giảm truy nhập mô hình giải tích công cụ phổ biến nghiên tham số OLSR Trễ tăng từ 50ms lên đến 250ms; tỷ lệ cứu nhằm phân tích đánh giá hiệu lớp liên kết liệu Điều kiện chuyển phát gói tin giảm không đáng kể trì mức 90%; lưu lượng mạng bão hòa điều kiện mấu chốt để xác định giá trị thông tỷ lệ tổn thất gói cao tốc độ gửi gói tin 20 gói/s khoảng 6% lượng tối đa liên kết Chương khái quát giải pháp mô hình hóa giao thức điều khiển truy nhập đề xuất tác giả trước, từ đưa điều kiện bổ sung nhằm hoàn thiện mô hình giải tích cho thủ tục đa truy nhập cảm nhận sóng mang/ tránh xung đột CSMA/CA điều kiện bão hòa 2.1 MỞ ĐẦU Cơ chế hoạt động tượng xung đột lớp MAC coi nguyên nhân gây suy giảm hiệu phiên truyền dẫn [13], Hình 4.8: So sánh tỷ lệ tổn thất gói tin OLSR OLSR-IARM 21 [54], [82] Đặc biệt, với chế đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh IARM khảo sát tham số hiệu mạng cụ thể như: xung đột CSMA/CA mạng đa chặng, hiệu sử dụng kênh tiếp thông lượng, độ trễ trung bình gói tin tỷ lệ tổn thất gói tục suy giảm ảnh hưởng nhiễu truyền dẫn đồng thời mạng gây Các mục trình bày đánh giá thông lượng liên kết chế điều khiển truy nhập điển hình tác giả trước từ đưa bổ sung cần thiết nhằm hoàn thiện mô hình giải tích cho giao thức CSMA/CA điều kiện lưu lượng mạng bão hòa Hình 4.5: Kịch mô 2.2 CÁC NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HÓA GIAO THỨC ĐA TRUY NHẬP PHƯƠNG TIỆN 4.4.3 Kết thảo luận Với mục tiêu đánh giá hiệu mạng với tham số định tuyến QoS 2.2.1 Giao thức truy nhập kênh ALOHA Giao thức truy nhập ngẫu nhiên sử dụng cho mạng máy tính có tên gọi ALOHA [2] Cơ chế hoạt động giao thức đề xuất, tham số phản ánh hiệu mạng khảo sát gồm: Trễ trung bình (ms), tỷ lệ chuyển phát thành công gói tin (%), tỷ lệ tổn thất gói tin (%) thông lượng( Kbps) ALOHA coi đơn giản chế đa truy nhập 2.2.2 Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang 1-persistent CSMA 1-persistent CSMA xác suất chiếm khe thời gian chắn để truyền dẫn (bằng 1) sau cảm nhận kênh rỗi CSMA sử dụng chế phân khe không phân khe thời gian để xác định cách thức tranh chấp tài nguyên Hiệu hoạt động biến thể 1-persistent CSMA tóm tắt mục 2.2.3 Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang p-persistent CSMA Giao thức 1-CSMA coi trường hợp đặc biệt giao thức p- Hình 4.6: So sánh trễ trung bình gói tin OLSR OLSR-IARM persistent CSMA Trong giao thức p-CSMA, nút phát thực Khi tốc độ gửi gói tin tăng từ gói/s lên 20 gói/s, kết truyền dẫn với xác suất p  cảm nhận kênh rỗi Hoạt động hình cho thấy tham số hiệu giao thức OLSR suy giảm mạnh xuất yếu tố gây nhiễu lên đường dẫn gói tin 20 tuyến IARM theo mô hình tổ chức thông tin xuyên lớp Dựa công p-persistent CSMA mô hình hóa qua trạng thái nút cụ mã nguồn mở sử dụng để cải thiện giao thức OLSR NS-2, với xác suất chuyển trạng thái theo chuỗi Markov (hình 2.5) nội dung sửa đổi tính toán phù hợp với tham số định tuyến IARM đề xuất trình bày hình 4.3 Khai báo, định dạng tham số (i) Gửi nhận tin định tuyến (ii) Cập nhật thông tin định tuyến Tính toán tuyến (iv) Hình 4.3: Các nội dung sửa đổi giao thức OLSR-IARM (NS-2) 4.4 MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Nhằm kiểm chứng tính đắn đề xuất, tham số định tuyến phản ánh nhiễu IARM tích hợp giao thức định tuyến OLSR-IARM so sánh với giao thức OLSR nguyên khía cạnh trễ, thông lượng, tỷ lệ chuyển tiếp gói tin ứng dụng tỷ lệ tổn thất gói Mô thực công cụ mô NS-2 kịch Hình 2.5: Chuỗi Markov trạng thái nút Xác suất dừng trạng thái w  pws ; s  ; f    w   s  pww  pww (2.6) 2.3 TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI DỪNG Theo tiếp cận mô hình hóa IEEE 802.11 DCF chuỗi Markov ứng dụng điển hình WMN tác giả trước [13], [70], [102], phương pháp tính toán trạng thái 4.4.1 Giới thiệu công cụ mô NS-2 dừng chưa cách rõ ràng Vì vậy, lời giải tường minh NS-2 công cụ mô phổ biến cho nghiên cứu lớp mạng khả phản ánh tốt hoạt động giao thức định tuyến 4.4.2 Kịch mô phương pháp giải tích cần thiết cho ứng dụng tính toán 2.4 BỔ SUNG XÁC SUẤT TRANH CHẤP THẮNG Trong đề xuất tác giả trước [13], [70], [102], nghiên cứu Với mục tiêu kiểm chứng tính đắn đề xuất, kịch mô sinh nhận thấy giả thiết nút phát đồng thời chiếm kênh thực với tham số đầu vào tiếp cận điều kiện thực trình backoff bỏ qua Vì vậy, nghiên cứu sinh bổ sung xác tiễn Kịch ứng dụng điển hình WMN trình bày mục suất tranh chấp thắng cho toán mô hình hóa nhằm tăng độ xác 1.1.2 kịch truy nhập Internet thông qua gateway lựa chọn mô hình giải tích Xác suất truyền dẫn thành công phải bao gồm xác cho kịch mô Hai giao thức định tuyến OLSR OLSR- suất tranh chấp thắng nút trường hợp nhiều nút tham gia 10 19 trình backoff Xác suất tranh chấp thắng ký hiệu Pwin tính lớn Giá trị tỷ lệ kênh khả dụng liên kết l cặp nút i nút j toán thông qua mệnh đề toán học sau xác định qua công thức: Mệnh đề Xét hàm số f :{1, 2, , p}  {1, 2, , q} p, q  , xác suất q 1 P*  P !i  1, 2, , p f (i )  m  min1 j  q  f  j     q  m thức: IARM  l   p (4.13) Tham số định tuyến IARM xác định liên kết l qua công p 1 m 1 q CAF  l    CAF  i  , CAF  j    PDR  l   1    CAF  l  (4.14) Giá trị tham số điều hòa    0,1 giá trị tùy biến sử dụng Xác suất tranh chấp thắng trường hợp có M nút vùng tranh chấp thể phương trình sau  Pwin  M   pt  tuyến p mạng tổng giá trị tham số định tuyến tất n 1 C k n 1 pt k 1  p  n 1 k t n  k 1 P * vào kịch ứng dụng cụ thể Giá trị tham số định tuyến  k  1  M n e M (2.22) liên kết tuyến đó: n! IARM  p   Xác suất tranh chấp thắng Pwin ảnh hưởng trực tiếp tới xác suất truyền ' dẫn thành công pst nút i Trường hợp bỏ qua Pwin ta có: pst  pst [13], [70], [102] (4.15) l  p 4.3.2 Phân tích khả tương thích Một tham số định tuyến hoạt động môi trường thực cần đảm  p st '  pt   IARM  l   1  p  t n2 n 1 M n e M n! (2.23) bảo số tiêu chí trình bày mục 1.3 Điều kiện tiên để thuật toán tính toán đường dẫn không rơi vào độ phức tạp hàm mũ tham số định tuyến phải đảm bảo tính [101] Mục chứng minh tham số IARM đề xuất thỏa mãn tính không gây lặp vòng 4.3.3 Tích hợp tham số IARM OLSR Nhằm kiểm chứng hiệu tham số định tuyến đề xuất, nghiên cứu lựa chọn giao thức định tuyến OLSR để cải thiện khả tái sử dụng số tính có sẵn giao thức Mục trình bày Hình 2.6: Biểu diễn mối quan hệ pst ' với M p t sửa đổi cần thiết OLSR để tương thích với tham số định 18 11 4.3 ĐỀ XUẤT THAM SỐ ĐỊNH TUYẾN IARM Khi bổ sung xác suất tranh chấp thắng Pwin vào xác suất truyền dẫn Các nội dung khảo sát tham số định tuyến cho thấy tác động nhiễu lên liên kết không phản ánh qua miền thời gian đề xuất tác giả trước mà cần phản ánh qua khía cạnh trạng thái Nghiên cứu sinh đề xuất xây dựng tham số định tuyến phản ánh nhiễu IARM (Interference Aware Routing Metric) phân tích lý thuyết chứng minh tính đắn tham số đề xuất thành công Pst , ta thu kết theo công thức 2.24 thể hình 2.6  n2   n 1  pst  pt     1  pt  n 1   Cn 1 pt 1  pt  k k n 1 k n  M e M  (2.24)   n!  P  k  1   * k 1 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương tóm tắt mô hình hóa giao thức điều khiển truy 4.3.1 Tham số phản ánh nhiễu đề xuất IARM nhập phương tiện điển hình tác giả trước Các phương pháp điều Tham số định tuyến đề xuất IARM phản ánh trực tiếp xác suất tổn khiển truy nhập với giả thiết đầu vào mô hình hóa thất gói tin thông qua thủ tục thăm dò tích hợp với giao thức định biểu thức toán học đưa góc nhìn tường minh hệ thống Với giả thiết tuyến OLSR Hai thành phần IARM xây dựng gồm: thành lưu lượng mạng bão hòa, mô hình giải tích cho thấy giới hạn đường biên phần phản ánh xác suất tổn thất gói tin thông qua tỷ lệ chuyển phát gói thông lượng truyền dẫn độ biến thiên phụ thuộc chặt chẽ vào chế tin liên kết PDR (Packet Delivery Ratio) tỷ lệ thời gian khả dụng điều khiển truy nhập Để cải thiện tính xác mô hình giải tích, kênh xung quanh nút CAF (Channel Available Fraction) Các chương trình bày bổ sung tính toán trạng thái dừng xác thành phần IARM xác định suất tranh chấp thắng trình backoff PDR  l   PDRi  j  PDR j i  (  CAF (i )    0 thresh  Cu (i ))  Rdata (4.10) E[ P ] TS CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIẢI TÍCH ĐÁNH GIÁ if C u (i )   thresh (4.12) else Trong đó, thresh   0,1 giá trị ngưỡng lưu lượng truyền liên kết không dây (giá trị ngưỡng đặt 0.96 nhằm tránh tượng tải) E[P] giá trị trung bình độ dài gói tin Ts khoảng thời gian truyền dẫn thành công Như vậy, mức độ chiếm dụng kênh nhỏ thời gian khả dụng kênh xung quanh nút CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT Tóm tắt: Các tác động nhiễu lên chất lượng liên kết không dây WMN yếu tố gây suy giảm hiệu liên kết cần phải phản ánh xác Nội dung cốt lõi chương trình bày đề xuất mô hình giải tích nhằm phản ánh xác hiệu liên kết không dây WMN dựa tiêu chuẩn IEEE 802.11 tác động nhiễu liên luồng tranh chấp Các điều kiện bổ sung 12 17 lưu lượng không bão hòa, kênh không lý tưởng đưa vào mô hình ứng dụng, kỹ thuật định tuyến WMN không sử nhằm tương thích với điều kiện môi trường thực tế cho phép ước dụng định tuyến chặng mà thay vào kỹ thuật định tuyến lượng tham số chất lượng liên kết dựa chất lượng liên kết [60] Nghiên cứu sinh đề xuất tham số 3.1 MỞ ĐẦU định tuyến QoS chứng minh khả cải thiện hiệu mạng Đánh giá chất lượng liên kết điều kiện động mạng WMN thông qua tham số cụ thể như: thông lượng, độ trễ trung bình cấu hình thay đổi, lưu lượng biến động, tượng xung đột can gói tin, tỷ lệ tổn thất gói tin tỷ lệ tổn thất gói tin ứng dụng nhiễu vấn đề thách thức Vì vậy, chương trình bày đề xuất 4.2 ĐỊNH TUYẾN TRONG WMN mô hình giải tích với điều kiện tổng quát như: lưu lượng mạng Mục tóm tắt đặc điểm giao thức định tuyến không bão hòa kênh không lý tưởng điển hình mạng WMN với tham số định tuyến đề 3.2 ĐẶC TÍNH CỦA IEEE 802.11 DCF xuất gần nhằm phân tích ưu nhược điểm vấn đề mở cần Giao thức điều khiển truy nhập phương tiện IEEE 802.11 MAC sử dụng để hợp tác lập lịch nút tranh chấp nhằm giảm thiểu xung đột Phương thức IEEE 802.11 DCF sử dụng phổ biến giải 4.2.1 Giao thức định tuyến Thuộc vào lớp mạng truyền thông đa bước không dây, phần lớn các mạng hình lưới không dây dựa họ chuẩn IEEE 802.11 giao thức định tuyến WMN kế thừa từ giao thức định tuyến 3.3 MÔ HÌNH GIẢI TÍCH IEEE 802.11 DCF mạng tùy biến không dây (Ad-hoc) Các giao thức định tuyến 3.3.1 Các điều kiện biên giả thiết Nhằm xây dựng mô hình giải tích IEEE 802.11 DCF mạng WMN, số giả thiết đưa nhằm tương thích với điều kiện mạng không bão hòa chất lượng kênh không lý tưởng nhằm phản ánh tác động nhiễu tới chất lượng liên kết 3.3.2 Biểu diễn trạng thái nút qua mô hình giải tích Hoạt động nút mạng IEEE 802.11 DCF không bão hòa mô hình hóa chuỗi Markov hình 3.4 phân thành: giao thức định tuyến theo yêu cầu, giao thức định tuyến theo bảng giao thức định tuyến lai ghép 4.2.2 Tham số định tuyến Dưới góc độ ảnh hưởng nhiễu tới chất lượng liên kết, tham số định tuyến đề xuất nghiên cứu gần phân thành hai loại: phản ánh gián tiếp ảnh hưởng nhiễu phản ánh trực tiếp ảnh hưởng nhiễu qua thành phần tham số định tuyến Mục ưu nhược điểm tham số định tuyến đề xuất trước cách tiếp cận riêng nghiên cứu sinh 16 13 hoạt động IEEE 802.11 DCF Trong đó, điều kiện lưu lượng không bão hòa kênh không lý tưởng tích hợp vào mô hình nhằm phản ánh đầy đủ tác động tới chất lượng liên kết hiệu truyền dẫn Trên sở mô hình giải tích đề xuất, chất lượng liên kết phản ánh thông qua tham số định tuyến phục vụ cho mục tiêu nâng cao hiệu mạng chương Hình 3.4: Chuỗi Markov mô hình nút trạng thái CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT THAM SỐ ĐỊNH TUYẾN QOS CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY Tóm tắt: Sự phổ biến ứng dụng đa phương tiện dẫn tới thay kỹ thuật định tuyến truyền thống kỹ thuật Từ xác suất thể hình 3.4 ta thu phương trình cân trạng thái sau  s   d p ds ;  i   d p di   i p ii  f   d p df ;  d   i p id   d p dd   s   f Với điều kiện định tuyến cung cấp QoS nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao người sử dụng Mặt khác, từ góc độ vận hành khai thác mạng,vấn đề hiệu mạng mối quan tâm hàng đầu nhà nghiên cứu triển khai Vì vậy, nội dung chương trình bày tham số pii  pid  1; pds  pdf  pdd  pdi  1; d  i  s   f  Từ phương trình trên, ta tính toán trạng thái dừng mô hình trạng thái nút: định tuyến QoS dựa mô hình giải tích chương trước nhằm cải thiện số tham số hiệu mạng hình lưới không d  dây Các phân tích lý thuyết kết mô số trình bày chi tiết để góp phần khẳng định khả ứng dụng mức cải thiện hiệu WMN tham số định tuyến QoS đề xuất 4.1 MỞ ĐẦU Vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ QoS đặt điều kiện then chốt nhằm đảm bảo phát triển thành công WMN môi trường ứng dụng đa phương tiện Để cung cấp QoS cho f  pdi     pdi  pdd  p   id  pdf pdi     pdi  pdd  p   id  ; s  ;i  pds pdi     pdi  pdd  p   id  pdi ; (3.16) pid  pdi   pid    pdi  pdd   3.3.3 Biểu diễn trạng thái kênh qua mô hình giải tích Một kênh xung quanh nút i mô hình hóa chuỗi Markov trạng thái thể hình 3.6 15 14 I   PII ; C  PIC  PII ; B  PIB  PII ; S  PIS  PII (3.27) 3.4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ VÀ THẢO LUẬN Từ giả thiết mô hình giải tích đề xuất, xác suất truyền dẫn thành công ps xác suất trạng thái dừng trạng thái thành công mô hình nút  s (3.16) Từ phương trình (3.16) (3.19), ta có hệ Hình 3.6: Chuỗi Markov mô hình kênh xung quanh nút Xác suất pt xác định xác suất chuyển trạng thái từ Idle sang Break mô hình nút pid xác suất kênh rỗi khe thời gian ( P ) pt  pid  P (3.17) Phương tiện truyền dẫn mạng hình lưới chia sẻ số lượng nút hoạt động (active node) miền truyền dẫn nên hoạt hai phương trình phi tuyến với hai biến ps pt giải phương pháp số Khe thời gian ảo E[T ] định nghĩa xác định phương trình E [T ]   I TI   C TC   B TB   S TS Từ ta có thông lượng Th liên kết xác định qua số lượng bit thông tin người sử dụng cần truyền thành công khe thời gian ảo định nghĩa qua công thức động nút phụ thuộc vào hoạt động nút khác Vì vậy, xác Th  ST I T I ST ST ST ST I I C C I   B B S S (3.18) T  P T  PT  PT I IC C IB B IS  S  E[ P ] (3.29) E[T ] suất kênh rỗi tính toán xấp xỉ qua xác suất dài hạn biểu thức P  (3.28) Mô hình giải tích đề xuất đánh giá khảo sát thông qua công cụ mô MATLAB Từ phương trình (3.29) ta có thông lượng mạng S Từ phương trình (3.4) (3.18), xác suất truyền khe thời WMN dựa IEEE 802.11b chế đa bước hàm số phụ thuộc vào tham số đầu vào như: số lượng nút N , tỷ lệ miền cảm gian pt  1  e   E T  T I TI  PICTC  PIBTB  PIS TS nhận miền truyền dẫn  , tốc độ lưu lượng gói tin đến  , tỷ lệ (3.19) Với xác suất thể hình 3.6, ta tính toán trạng thái dừng mô hình kênh  I   I PII  C PCI   B PBI   S PSI   I PII   C   B   S   I PII   I  1; lỗi bit truyền dẫn pb độ dài trung bình tải tin E  P  3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Với mục tiêu đánh giá chất lượng liên kết không dây WMN, nội dung chương trình bày mô hình giải tích biểu diễn [...]... mô hình trạng thái nút: định tuyến QoS mới dựa trên mô hình giải tích trong chương trước nhằm cải thiện một số tham số hiệu năng cơ bản của mạng hình lưới không d  dây Các phân tích lý thuyết và kết quả mô phỏng số sẽ được trình bày chi tiết để góp phần khẳng định khả năng ứng dụng và mức cải thiện hiệu năng WMN của tham số định tuyến QoS đề xuất 4.1 MỞ ĐẦU Vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ QoS. .. thức định tuyến Thuộc vào lớp mạng truyền thông đa bước không dây, phần lớn các các mạng hình lưới không dây dựa trên họ chuẩn IEEE 802.11 giao thức định tuyến trong WMN được kế thừa từ giao thức định tuyến 3.3 MÔ HÌNH GIẢI TÍCH IEEE 802.11 DCF trong mạng tùy biến không dây (Ad-hoc) Các giao thức định tuyến được 3.3.1 Các điều kiện biên giả thiết Nhằm xây dựng mô hình giải tích IEEE 802.11 DCF trong mạng. .. theo Hình 3.4: Chuỗi Markov của mô hình nút 4 trạng thái CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT THAM SỐ ĐỊNH TUYẾN QOS CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY Tóm tắt: Sự phổ biến của các ứng dụng đa phương tiện hiện nay đã dẫn tới sự thay thế các kỹ thuật định tuyến truyền thống bằng các kỹ thuật Từ các xác suất thể hiện trên hình 3.4 ta thu được các phương trình cân bằng trạng thái sau  s   d p ds ;  i   d... hiện nay không sử nhằm tương thích với điều kiện môi trường thực tế và cho phép ước dụng định tuyến từng chặng mà thay vào đó là các kỹ thuật định tuyến lượng tham số chất lượng liên kết dựa trên chất lượng liên kết [60] Nghiên cứu sinh đề xuất một tham số 3.1 MỞ ĐẦU định tuyến QoS mới và chứng minh khả năng cải thiện hiệu năng mạng Đánh giá đúng chất lượng liên kết dưới các điều kiện động của mạng WMN... điều kiện mạng không bão hòa và chất lượng kênh không lý tưởng nhằm phản ánh tác động của nhiễu tới chất lượng liên kết 3.3.2 Biểu diễn trạng thái nút qua mô hình giải tích Hoạt động của các nút trong mạng IEEE 802.11 DCF không bão hòa được mô hình hóa bởi một chuỗi Markov chỉ ra trên hình 3.4 phân thành: giao thức định tuyến theo yêu cầu, giao thức định tuyến theo bảng và giao thức định tuyến lai... lượng không bão hòa và kênh không lý tưởng được tích hợp vào mô hình nhằm phản ánh đầy đủ các tác động tới chất lượng liên kết và hiệu năng truyền dẫn Trên cơ sở mô hình giải tích đề xuất, chất lượng liên kết sẽ được phản ánh thông qua một tham số định tuyến phục vụ cho mục tiêu nâng cao hiệu năng mạng trong chương tiếp theo Hình 3.4: Chuỗi Markov của mô hình nút 4 trạng thái CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT THAM SỐ ĐỊNH... các thuật toán tính toán đường dẫn không rơi vào độ phức tạp hàm mũ là tham số định tuyến phải đảm bảo tính tuần tự [101] Mục này chứng minh tham số IARM đề xuất thỏa mãn tính tuần tự và không gây lặp vòng 4.3.3 Tích hợp tham số IARM trong OLSR Nhằm kiểm chứng hiệu quả của tham số định tuyến đề xuất, nghiên cứu này lựa chọn giao thức định tuyến OLSR để cải thiện vì khả năng tái sử dụng một số tính năng. .. hiệu năng liên kết và cần phải được phản ánh chính xác Nội dung cốt lõi của chương trình bày về một đề xuất mô hình giải tích mới nhằm phản ánh chính xác hiệu năng liên kết không dây trong WMN dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11 dưới tác động của nhiễu liên luồng và tranh chấp Các điều kiện bổ sung như 12 17 lưu lượng không bão hòa, kênh không lý tưởng được đưa vào mô hình các ứng dụng, các kỹ thuật định tuyến. ..20 9 tuyến IARM theo mô hình tổ chức thông tin xuyên lớp Dựa trên bộ công của p-persistent CSMA được mô hình hóa qua các trạng thái của một nút cụ và mã nguồn mở sử dụng để cải thiện giao thức OLSR trong NS-2, cùng với các xác suất chuyển trạng thái theo chuỗi Markov (hình 2.5) các nội dung sửa đổi và tính toán phù hợp với tham số định tuyến IARM đề xuất được trình bày trong hình 4.3 Khai báo, định. .. hình 4.3 Khai báo, định dạng tham số mới (i) Gửi và nhận bản tin định tuyến (ii) Cập nhật thông tin định tuyến Tính toán tuyến (iv) Hình 4.3: Các nội dung sửa đổi giao thức OLSR-IARM (NS-2) 4.4 MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Nhằm kiểm chứng tính đúng đắn của đề xuất, tham số định tuyến phản ánh nhiễu IARM sẽ được tích hợp trong giao thức định tuyến OLSR-IARM và so sánh với giao thức OLSR nguyên bản dưới các ... số định tuyến cung cấp chất lượng dịch vụ mạng hình cấp QoS tối ưu hiệu mạng [56] 1.3 KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN QOS 1.3.1 Kỹ thuật định tuyến lưới không dây dựa họ tiêu chuẩn IEEE 802.11 Tham số định. .. toán định tuyến môi trường thực tiễn CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI HIỆU NĂNG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY Tóm tắt: Nội dung chương khái quát đặc tính kỹ thuật mạng hình lưới không dây. .. giải pháp khả thi cải thiện hiệu WMN thông qua kỹ thuật định tuyến QoS, nghiên cứu đề xuất tham số định tuyến tích hợp vào giao thức định tuyến OLSR nhằm cải thiện thông số hiệu mạng cụ thể 27 như: