Nâng cao hiệu năng mạng manet sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ———————————- LÊ HỮU BÌNH NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG MANET SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI - 2019 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIÊN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ. LÊ HỮU BÌNH NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG MANET SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN LUẬN ÁN TIẾN SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 9 48 01 04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Văn Tam HÀ NỘI - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ với tiêu đề "Nâng cao hiệu năng mạng MANET sử dụng kỹ thuật định tuyến cân bằng tải đảm bảo chất lượng truyền dẫn" là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Võ Thanh Tú và PGS.

Nguyễn Văn Tam, trừ những kiến thức tham khảo từ các tài liệu đã được chỉ rõ. Các kết quả, số liệu được trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các Tạp chí và Kỷ yếu Hội thảo khoa học chuyên ngành (danh mục các công trình đã công bố của tác giả được trình bày ở cuối Luận án), phần còn lại chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 17 tháng 11 năm 2019 Tác giả Lê Hữu Bình ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Nghiên cứu sinh (NCS) xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.

Võ Thanh Tú, người đã tận tình hướng dẫn, định hướng cho quá trình nghiên cứu thực hiện luận án, cung cấp những kiến thức quý báu cả về chuyên môn lẫn phương pháp nghiên cứu, phương pháp viết bài báo, báo cáo kỹ thuật, giúp cho NCS có đủ điều kiện hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án. NCS xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Nguyễn Văn Tam, người đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho Nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, thực hiện Luận án tại Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. NCS xin chân thành cảm ơn các ý kiến đóng góp quý báu qua các buổi seminar định kỳ hàng tháng của quý Thầy Cô, các chuyên gia, các NCS trong nhóm nghiên cứu về Công nghệ mạng và Truyền thông tại Viện Công nghệ thông tin.

NCS xin chân thành cảm ơn các ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô trong Hội đồng đánh giá luận án cấp cơ sở, những ý kiến góp ý của các Phản biện, các Thành viên hội đồng cho việc chỉnh sửa, hoàn thiện luận án sau khi bảo vệ cấp cơ sở. NCS xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Công nghệ thông tin, Phòng Tin học Viễn thông đã tạo những điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu thực hiện Luận án. NCS xin chân thành Cảm ơn Ban giám hiệu và các Phòng ban liên quan của Trường Cao đẳng công nghiệp Huế, cũng như các đồng nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành được đề tài nghiên cứu của mình. Cuối cùng là sự biết ơn sâu sắc tới gia đình đã luôn chia sẻ, cảm thông cho tôi trong những chuỗi ngày dài miệt mài học tập, nghiên cứu để có được kết quả như ngày hôm nay.

iii iv MỤC LỤC Trang phụ bìa. i Lời cam đoan. ii Lời cảm ơn .iii Danh mục các cụm từ viết tắt. viii Danh mục hình .x Danh mục bảng.

xv MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Nội dung và phương pháp nghiên cứu. Các kết quả nghiên cứu cần đạt được. Bố cục của luận án. TỔNG QUAN VỀ MANET VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG.

Những vấn đề cơ bản về mạng MANET. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng mạng MANET. Định tuyến trong mạng MANET. 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.

Những đóng góp của luận án. Kết luận chương. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN CỦA MẠNG MANET KHI SỬ DỤNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO YÊU CẦU VÀ CÂN BẰNG TẢI. 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 DSR. Trường hợp sử dụng giao thức AODV.

Kết luận chương. ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN DỰA TRÊN TẢI LƯU LƯỢNG QUA MỖI LỘ TRÌNH. 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 AODV. Chỉnh sửa khuôn dạng gói RREQ và RREP. Thuật toán định tuyến LBRQT-AODV.

Áp dụng cho giao thức DSR. 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.

Kết luận chương. 107 vi CHƯƠNG 4. ĐỊNH TUYẾN CÂN BẰNG TẢI ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN 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 QoT. 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. Nhược điểm. Kết luận chương. 129 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN.

130 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN. 132 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN. 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO. TÍNH TOÁN CHI TIẾT VÍ DỤ MINH HỌA NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THUẬT TOÁN LBRQT.

MÃ NGUỒN CỦA MỘT SỐ MODULE CƠ BẢN TRONG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TRÊN OMNET++. P14 vii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt AF Amplify and Forward Khuếch đại và chuyển tiếp Ad hoc On-Demand Distance Định tuyến vector khoảng cách AODV Vector theo yêu cầu Ant colony based Routing Định tuyến dựa trên thuật toán tối ARA Algorithm ưu đàn kiến ASK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên độ BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi Blocking Probability of Data BPD Xác suất chặn gói dữ liệu packets BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha hai mức CBRP Cluster-Based Routing Protocol Định tuyến dựa trên cụm CCK Complementary Code Keying Điều chế khóa mã bù DDR Distributed Dynamic Routing Định tuyến động phân tán DF Decode and Forward Kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp DPSK Differential Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha vi sai Destination Sequenced Distance Giao thức vector khoảng cách DSDV Vector theo thứ tự đến đích DSN Destination Sequence Number Số thứ tự đích DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động EED End to End Delay Thời gian trễ từ nguồn đến đích Efficient Routing Protocol under Giao thức định tuyến hiệu quả ERPN Noisy Environment dưới môi trường nhiễu FEC Forward Error Correction Kỹ thuật sửa lỗi ở phía trước Fibonacci Multipath Load Cân bằng tải đa đường dựa trên FMLB Balancing dãy Fibonacci FSK Frequency Shift Keying Điều chế khóa dịch tần số Giao thức định tuyến trạng thái FSR Fisheye State Routing Fisheye HSR Hierarchical State Routing Định tuyến trạng thái phân cấp Interference Aware Routing IARM Độ đo định tuyến phản ánh nhiễu Metric IoT Internet of Things Internet vạn vật LAR Location Aided Routing Định tuyến được hỗ trợ bởi vị trí Load Balancing Routing ensuring Định tuyến cân bằng tải đảm bảo LBRQT Quality of Transmission chất lượng truyền dẫn viii nang.