Luận án TS: Nâng cao hiệu năng mạng MANET sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn

Luận án Nâng cao hiệu năng mạng MANET sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn xây dựng và phát triển các điều kiện ràng buộc chất lượng truyền dẫn theo các thuật toán định tuyến khác nhau trong mạng MANET; phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý đến hiệu năng mạng MANET đối với các giao thức định tuyến định tuyến nguồn động, định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu và định tuyến cân bằng tải; đề xuất các thuật toán định tuyến cải tiến của giao thức định tuyến nguồn động và định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu, nhằm cân bằng tải lưu lượng trong toàn mạng, đồng thời đảm bảo chất lượng truyền dẫn trên các lộ trình truyền dữ liệu, nâng cao hiệu năng mạng MANET.

Luận án TS: Nâng cao hiệu năng mạng MANET sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn

1. Mở đầu

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Tập trung phân tích, đánh giá chất lượng truyền dẫn trên các lộ trình truyền dữ liệu và ảnh hưởng của nó đến hiệu năng mạng MANET theo các thuật toán định tuyến khác nhau. Trên cơ sở đó, đề xuất các thuật toán định tuyến cải tiến nhằm cân bằng tải lưu lượng, đồng thời đảm bảo chất lượng truyền dẫn trên các lộ trình truyền dữ liệu, nâng cao hiệu năng mạng MANET. Mục tiêu này được cụ thể hóa như sau:

  • Phân tích, đánh giá được chất lượng truyền dẫn trên các lộ trình truyền dữ liệu và ảnh hưởng của nó đến hiệu năng mạng MANET theo các giao thức định tuyến khác nhau, tập trung vào lớp giao thức định tuyến theo yêu cầu và định tuyến cân bằng tải.
  • Đề xuất được các thuật toán định tuyến cải tiến của các giao thức định tuyến nguồn động và định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý, nâng cao hiệu năng mạng MANET.

1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án tập trung vào các thuật toán định tuyến cân bằng tải và định tuyến đảm bảo chất lượng truyền dẫn trên các lộ trình truyền dữ liệu. Trong mạng MANET, có nhiều nhóm giao thức định tuyến khác nhau, trong đó nhóm giao thức định tuyến theo yêu cầu đang được nghiên cứu và sử dụng rỗng rãi trong thời gian gần đây. Đây là nhóm giao thức có nhiều ưu điểm về mặt hiệu năng, cũng như vấn đề điều khiển và quản lý. Vì vậy, phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào nhóm giao thức định tuyến này. Cụ thể là các giao thức định tuyến nguồn động, định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu và các giao thức định tuyến cân bằng tải được cải tiến từ hai giao thức này.

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tiến hành nghiên cứu, khảo sát, tổng hợp, đánh giá các công trình nghiên cứu liên quan ở trong và ngoài nước để phân tích những vấn đề chưa giải quyết, những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu theo hướng của đề tài.

Phân tích bằng mô hình toán học: Sử dụng lý thuyết hàng đợi, lý thuyết xác suất thống kê để xây dựng mô hình giải tích của các tham số hiệu năng trong mạng MANET. 

Phương pháp mô phỏng: Xây dựng một mô hình mô phỏng các thuật toán định tuyến trong mạng MANET trên phần mềm mô phỏng mạng OMNeT++ [10]. 

2. Nội dung

2.1 Tổng quan về MANET và các yếu tố ảnh hưởng

Những vấn đề cơ bản về mạng MANET

  • Nguyên lý
  • Đặc điểm 
  • Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng mạng MANET

Định tuyến trong mạng MANET

  • Tổng quan
  • Phân loại

Tình hình nghiên cứu về định tuyến trong mạng MANET

  • Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS)
  • Định tuyến đảm bảo chất lượng truyền dẫn (QoT)
  • Định tuyến cân bằng tải 
  • Một số nhận xét và đánh giá 

2.2 Đánh giá chất lượng truyền dẫn của mạng MANET

Các hiệu ứng vật lý xảy ra trên lộ trình truyền dữ liệu

  • Các yếu tố kỹ thuật liên quan
  • Suy hao công suất qua môi trường dẫn
  • Nhiễu tích lũy trên đường truyền

Hiệu năng mạng MANET

  • Xác suất chặn gói dữ liệu
  • Thời gian trễ
  • Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
  • Tỷ lệ lỗi bit
  • Một số kết quả tính toán và thảo luận

Chất lượng truyền dẫn của các lộ trình khi sử dụng các giao thức định tuyến theo yêu cầu

  • Nguyên lý cơ bản của các giao thức định tuyến theo yêu cầu
  • Chất lượng truyền dẫn của các lộ trình 

Chất lượng truyền dẫn của các lộ trình khi sử dụng các giao thức định tuyến cân bằng tải

  • Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật định tuyến cân bằng tải
  • Các phương pháp định tuyến cân bằng
  • Chất lượng truyền dẫn của các lộ trình

Đánh giá chất lượng truyền dẫn và hiệu năng mạng thông qua mô phỏng

  • Kịch bản mô phỏng
  • Trường hợp sử dụng giao thức định tuyến nguồn động
  • Trường hợp sử dụng giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu 

2.3 Dựa trên tải lưu lượng qua mỗi lộ trình

Đặt vấn đề

Cơ sở lý thuyết liên quan

  • Phân tích xác suất chặn gói dữ liệu dựa trên lý thuyết hàng đợi 
  • Phân tích thời gian trễ dựa trên lý thuyết hàng đợi 

Ý tưởng đề xuất thuật toán

  • Mô hình giải tích của thuật toán
  • Ý tưởng thực thi thuật toán trên mô hình xuyên lớp

Nguyên lý hoạt động của thuật toán

Áp dụng cho giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu

  • Đặt vấn đề
  • Chỉnh sửa khuôn dạng gói RREQ và RREP
  • Thuật toán định tuyến LBRQT-AODV 

Áp dụng cho giao thức định tuyến nguồn động

  • Đặt vấn đề
  • Chỉnh sửa khuôn dạng gói RREQ và RREP
  • Thuật toán định tuyến LBRQT-DSR

Mô phỏng và phân tích kết quả 

  • Xây dựng kịch bản mô phỏng 
  • Kết quả mô phỏng thuật toán LBRQT-AODV
  • Kết quả mô phỏng thuật toán LBRQT-DSR 
  • So sánh các thuật toán được đề xuất với các công trình nghiên cứu liên quan 

2.4 Dựa trên thông tin định tuyến của nút nguồn

Ý tưởng đề xuất thuật toán  

  • Chọn lộ trình cân bằng tải 
  • Xác định điều kiện ràng buộc chất lượng truyền dẫn 

Mô hình giải tích của thuật toán 

  • Xây dựng hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc 
  • Ví dụ minh họa

Thực thi thuật toán SLBQT-DSR 

  • Chỉnh sửa khuôn dạng gói RREQ 
  • Lưu đồ thuật toán SLBQT-DSR 

Mô phỏng và phân tích kết quả 

  • Kịch bản mô phỏng 
  • Kết quả mô phỏng 
  • So sánh thuật toán được đề xuất với các công trình nghiên cứu liên quan

Đánh giá ưu nhược điểm của thuật toán được đề xuất

  • Ưu điểm
  • Nhược điểm 

3. Kết luận

Việc nghiên cứu các giao thức định tuyến trong mạng MANET đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm trong thời gian gần đây. Mục tiêu của các công trình nghiên cứu về các giao thức định tuyến trong mạng MANET là tìm ra các giao thức tối ưu nhằm nâng cao hiệu năng mạng. Trong trường hợp mạng MANET có vùng diện tích rộng, mật độ nút cao, ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý xảy ra trên các lộ trình truyền dữ liệu đến hiệu năng mạng là rất nghiêm trọng. Các hiệu ứng này làm suy giảm chất lượng tín hiệu truyền dẫn, tăng tỷ lệ lỗi bit, giảm hiệu năng mạng. Nội dung của luận án đã tập trung nghiên cứu kỹ thuật định tuyến dưới điều kiện ràng buộc ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý dựa trên mô hình xuyên lớp. Qua quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án, tác giả đã đạt được những kết quả chính sau đây:

  • Đề xuất phương pháp xác định các điều kiện ràng buộc của chất lượng truyền dẫn dựa trên mô hình xuyên lớp
  • Đề xuất thuật toán định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa trên tải lưu lượng phân phối đến mỗi lộ trình (LBRQT) cho mạng MANET
  • Đề xuất thuật toán định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn dựa trên thông tin định tuyến được lưu trữ trong bộ nhớ của nút nguồn (SLBQT-DSR) cho mạng MANET

4. Tài liệu tham khảo

Cung Trọng Cường, Võ Thanh Tú, Nguyễn Thúc Hải, “Một giải pháp cải tiến cơ chế định tuyến DSR dựa trên tác tử di động trong mạng MANET,” Tạp chí Tin học và Điều khiển học, vol. 29, no. 1, pp. 1–10, 2013.

Nguyễn Trung Kiên, “Định tuyến xuyên lớp trong mạng Mobile Wireless,” [Online]. Available: http://cdit.ptit.edu.vn/dinh- tuyen-xuyen-lop-trong-mang-mobile-wireless/.

Phạm Thanh Giang, Giáo trình Mạng máy tính nâng cao. NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 2016.

Võ Thanh Tú, Cung Trọng Cường, Mạng MANET. NXB Đại học Huế, 2017.

A. Yadav and T. Sharma, “Cross-Layer Approach for Communication in MANET,” International Journal of Computer Science and Mobile Computing, vol. 4, pp. 285– 292, March 2015.

A. Lee and I. Ra, “A Queuing Network Model Based on Ad Hoc Routing Networks for Multimedia Communications,” Applied Mathematics & Information Sciences, vol. 6, no. 1, pp. 271S–283S, 2012....

5. Phụ lục

Phụ lục: Tính toán chi tiết ví dụ minh họa nguyên lý hoạt động của thuật toán LBRQT

--- Nhấn nút TẢI VỀ hoặc XEM ONLINE để tham khảo đầy đủ nội dung Luận án Tiến sĩ trên ---

Ngày:18/08/2020 Chia sẻ bởi:

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM