Tóm tắt luận án Nghiên cứu nâng cao hiệu năng giao thức định tuyến cho mạng MANET

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI


Cung Trọng Cường


NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG GIAO THỨC
ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG MANET

Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 62480104

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HỆ THỐNG THÔNG TIN







Hà Nội - 2015

2


Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội





Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Thúc Hải
PGS.TS Võ Thanh Tú


Phản biện 1: PGS.TS. Vũ Duy Lợi
Phản biện 2: TS. Phạm Văn Tiến
Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Văn Tam



Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến
sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ………



Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển của hệ thống mạng truyền thông trên
nền tảng các hệ phân tán cũng như sự bùng nổ của các dịch vụ truyền

thông đa phương tiện trên mạng Internet, mạng truyền thông nói chung;
đặc biệt với nguồn thông tin khổng lồ như hiện nay đòi hỏi cơ sở hạ tầng
và công nghệ truyền thông phải đáp ứng để đảm bảo chất lượng dịch vụ
[1][9][10][29].Việc nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng mạng
không dây, đặc biệt là mạng MANET là hướng nghiên cứu rất lớn hiện
nay nhằm góp phần đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng phục vụ trong hầu
hết các lĩnh vực theo [9][42][68].
1. Tình hình nghiên cứu trong nước, ngoài nước và đặt vấn đề
nghiên cứu
Để tăng hiệu năng mạng, việc cải tiến các giao thức định tuyến là giải
pháp quan trọng với những nhân tố khác nhau [29][30][55][63][85].
Trong các công trình nghiên cứu [50][63] thực hiện tối ưu các tham số về
đo mức năng lượng của mỗi nút, sự phán đoán đường đi và tình trạng tắc
nghẽn của từng nút theo hàm tình trạng nút, một số nghiên cứu cải tiến về
thống kê tình trạng liên kết [30]. Công trình nghiên cứu [85] tập trung vào
khả năng di động. Công trình [30] đã đề xuất giải pháp sử dụng tác tử di
động để điều khiển tắc nghẽn trong mạng MANET dựa trên giao thức định
tuyến AODV. Công trình [55] đưa ra thuật toán có khả năng kết nối giữa
các nút cao, giảm bớt công việc khám phá lộ trình khi yêu cầu truyền dữ
liệu mới.
Như vậy, các nghiên cứu trên thế giới đã đề xuất các giải pháp cải tiến
giao thức định tuyến của mạng MANET tập trung giải quyết các vấn đề
cơ bản sau: thứ nhất là chọn đường đi tối ưu để tăng hiệu quả định tuyến
[50][51]; thứ hai là tăng khả năng kết nối, duy trì tình trạng liên kết
[55][59][60]; thứ ba là khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng [63][64].
Những vấn đề này tiếp tục được nghiên cứu và là hướng nghiên cứu còn
mở, có ý nghĩa thực tiễn và được tập trung sự quan tâm nghiên cứu hiện
nay và đây cũng là nội dung nghiên cứu của luận án.
Luận án tập trung nghiên cứu đề xuất cải tiến giao thức định tuyến
điều khiển theo yêu cầu DSR và AODV trong đó đưa ra mô hình, cải tiến

thuật toán tìm đường để nâng cao hiệu quả định tuyến góp phần nâng cao
hiệu năng mạng MANET [66][81]. Với việc sử dụng công nghệ tác tử
2

[36][58] sử dụng để điều khiển quá trình khám phá lộ trình, đưa ra các
hàm tính toán trọng số, thực hiện mô phỏng và đưa ra kết quả, đánh giá
tính hiệu quả so với các giao thức DSR, AODV và đưa ra đề xuất ứng
dụng trong các trường hợp cụ thể.
2. Mục tiêu, kết quả cần đạt được của luận án
Kết quả cần đạt được của luận án: 1) Phân tích, đánh giá các giao
thức DSR, AODV để đưa ra ưu nhược điểm của các giao thức này; 2) Xây
dựng mô hình tích hợp tác tử và hàm tính trọng số vào điều khiển định
tuyến trong hai giao thức DSR và AODV; 3) Đề xuất thuật toán cải tiến
cho giao thức DSR; 4) Đề xuất thuật toán cải tiến giao thức AODV; 5)
Mô phỏng, đánh giá và so sánh kết quả trên OMNeT++ [8], đánh giá hiệu
quả và đề xuất áp dụng giải pháp cải tiến.
3. Phạm vi nghiên cứu của luận án
Luận án tập trung vào nghiên cứu định tuyến trong mạng MANET
và chỉ đi sâu nghiên cứu các giao thức định tuyến DSR, AODV và giải
quyết một số tồn tại, nhược điểm của các giao thức này. Các cơ chế và đề
xuất được giới hạn trên hai giao thức này và các cải tiến liên quan đến
giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trong mạng MANET.
4. Phương pháp nghiên cứu
Luận án thực hiện nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng. Luận án thực
hiện mô phỏng bằng phần mềm để kiểm chứng, đánh giá kết quả đạt được
của các mô hình và thuật toán đề xuất.
5. Bố cục của luận án
Luận án gồm phần Mở đầu, ba chương trình bày Nội dung chính,
phần Kết luận. Trong đó phần Mở đầu trình bày tổng quan về đề tài và
hướng nghiên cứu. Chương 1 trình bày các nội dung về mạng MANET và

công nghệ tác tử áp dụng trong điều khiển định tuyến mạng MANET.
Chương 2 trình bày giao thức định tuyến mạng MANET, tập trung vào
giao thức DSR, AODV, tổng hợp tình hình nghiên cứu liên quan và đưa
ra nhận xét, đánh giá và đề xuất nội dung nghiên cứu cải tiến. Chương 3
trình bày nội dung chính của đề tài nghiên cứu bao gồm trình bày ý tưởng
của giải pháp, đề xuất mô hình tác tử, đề xuất cải tiến giao thức DSR, cải
tiến giao thức AODV và mô phỏng thực nghiệm các kết quả đề xuất. Phần
Kết luận nêu những đóng góp chính của luận án và hướng phát triển tiếp
theo của luận án.
3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET VÀ GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU NĂNG
1.1 Tổng quan về mạng không dây
Mạng LAN không dây (WLAN) đã trở thành chuẩn và là sự lựa
chọn thay thế linh hoạt cho hệ thống mạng LAN trong một số trường hợp
và hiện nay được sử dụng rất phổ biến.
Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng
Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng là mạng mà các nút mạng truyền
thông qua điểm truy cập chung AP (Access Point) sử dụng hạ tầng mạng
có cơ sở hạ tầng [22][91].
Mạng WLAN không có cơ sở hạ tầng
Một mạng Ad hoc là một tập hợp các nút không dây di động (có
chức năng như bộ định tuyến) cấu thành nên một mạng tạm thời mà không
cần sử dụng cơ sở hạ tầng có sẵn hoặc quản trị tập trung. Trong vấn đề
nghiên cứu tác giả chọn công nghệ mạng Ad hoc và tập trung vào mạng
MANET [81].
1.2 Tổng quan về mạng MANET và ứng dụng
Mạng di động tùy biến MANET (Mobile Ad hoc Network) [28]
[81] không cần hệ thống điều khiển trung tâm. Với sự phát triển của các

dịch vụ mạng hướng cá nhân hóa, di động hóa và hướng đến các dịch vụ
tích hợp [85], các mô hình ứng dụng của mạng MANET được ứng dụng
mạnh trong nhiều lĩnh vực như y tế, giao thông, quân sự [58][85]. Một số
đặc điểm chính của mạng MANET như sau: cấu hình mạng động, khoảng
cách sóng ngắn, năng lượng hạn chế, băng thông hạn chế, bảo mật vật lý
hạn chế.
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng hiệu năng và phương pháp đánh giá hiệu
năng mạng MANET
1.3.1 Các vấn đề định tuyến trong mạng MANET
Mục tiêu thiết kế điển hình cho các giao thức định tuyến mạng Ad
hoc thường bao gồm: phụ tải điều khiển tối thiểu, phụ tải xử lý tối thiểu,
khả năng định tuyến đa đường. Như vậy, việc định tuyến tìm đường đi tối
ưu để truyền dữ liệu trong hệ thống mạng không dây khá phức tạp, đòi
hỏi phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mô hình cụ thể. Đây
là một trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây Ad hoc làm ảnh
hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu.
4

1.3.2 Vấn đề sử dụng các thuật toán định tuyến trong mạng
MANET
Khi áp dụng các thuật toán tìm đường như tình trạng liên kết và véc
tơ khoảng cách thì có một số vấn đề do đặc điểm về tính động của mạng
MANET. Vì vậy, khi thiết kế các giao thức định tuyến mới cho mạng
MANET ta cần phải xem xét các yêu cầu sau đây: Phù hợp với tô pô động
của mạng, không để xảy ra hiện tượng lặp định tuyến, chi phí tìm đường
thấp, vấn đề bảo mật, hoạt động phân tán, thiết lập những cụm mạng nhỏ
[10]. Do đó trong việc nghiên cứu các thuật toán và giao thức định tuyến
của MANET, chúng ta cần phải quan tâm các vấn đề sau: Đề xuất sử dụng
giao thức địch tuyến thích hợp với mức độ linh hoạt của mạng cụ thể; có
thể điều chỉnh (thay đổi hoặc tinh chỉnh) các tham số hoạt động của các

giao thức định tuyến cho tối ưu.
1.3.3 Các yếu tố cơ bản đánh giá hiệu năng mạng
Hiệu năng chủ yếu được xác định bởi sự kết hợp của các nhân tố:
tính sẵn sàng để dùng (availability), thông lượng (throughput), thời gian
đáp ứng (response time); và các nhân tố khác như thời gian trễ (delay), độ
tin cậy (reliability), tỉ suất lỗi (error rate), hiệu năng của ứng dụng v.v.
Tuỳ theo mục đích nghiên cứu cụ thể, hiệu năng có thể chỉ bao gồm một
nhân tố nào đó hoặc là sự kết hợp một số trong các nhân tố nêu trên.
1.3.4 Các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng
Có nhiều phương pháp đánh giá hiệu năng mạng máy tính, có thể
chia chúng làm ba loại: mô hình Giải tích (Analytic Models), mô hình Mô
phỏng (Simulation Models) và mô hình Thực nghiệm (Measurement).
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án, tác giả tập trung đánh giá hiệu
năng mạng của mạng MANET thông qua các giao thức định tuyến.
Phương pháp đánh giá được sử dụng trong luận án là sử dụng các mô hình
mô phỏng, cụ thể là mô phỏng trên nền OMNeT++.
1.3.5 So sánh các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng và áp
dụng cho mạng MANET
Theo nội dung so sánh và đánh giá các phương pháp, trong khuôn
khổ nghiên cứu luận án, tác giả sử dụng phương pháp mô phỏng để đánh
giá kết quả nghiên cứu. Cụ thể sử dụng phần mềm mô phỏng OMNeT++
để thực hiện mô phỏng.
5

1.4 Công nghệ tác tử và ứng dụng cho mạng MANET
1.4.1 Giới thiệu
Tác tử (agent) là một thực thể vật lý hoặc thực thể logic có khả năng
hoạt động trong một môi trường, có khả năng truyền thông trực tiếp với
các agent khác, xử lý tài nguyên của chính nó, có thể yêu cầu các dịch vụ,
nhân bản chính nó, có các hành vi hướng tới việc hoàn thành các mục tiêu

của nó phụ thuộc vào sự nhận thức, sự đặc trưng và truyền thông mà nó
nhận được [12]. Với đặc tính của tác tử như trên, có thể ứng dụng công
nghệ tác tử trong việc đưa vào các giao thức định tuyến của mạng MANET
để thực hiện các nhiệm vụ như xác nhận thông tin lộ trình đường đi, cảnh
báo tắc nghẽn.
1.4.2 Mô hình của tác tử và ứng dụng cho mạng MANET
Mô hình hoạt động của tác tử cho mạng MANET
Mô hình ứng dụng của tác tử di động gồm Agent=<State, Input,
Output, Process>, trên nguyên tắc hoạt động độc lập theo mô hình và
nguyên lý chung của tác tử. Việc sử dụng tác tử trong các bài toán chưa
có một tiêu chuẩn chung thống nhất mà phụ thuộc từng nhóm bài toán,
từng lĩnh vực ứng dụng. Với những lĩnh vực ứng dụng tác tử cũng có thể
áp dụng các kỹ thuật hoặc công nghệ hoặc giải pháp khác để đạt kết quả.
Tuy nhiên trong một số trường hợp, tác tử có thể là giải pháp hiệu quả hơn
như đã phân tích trong luận án này.
Mô hình đề xuất sử dụng tác tử trong điều khiển định tuyến
mạng MANET
Trong mạng MANET, đã có những nghiên cứu ứng dụng tác tử
trong việc điều khiển giao thức định tuyến MANET với nhiều cách tiếp
cận khác nhau để thực hiện tốt hơn các cơ chế định tuyến trong các trường
hợp khác nhau [17][44][50][54]. Trong luận án, tác giả đưa ra cơ chế hoạt
động của tác tử để đưa vào điều khiển quá trình khám phá lộ trình và cải
tiến quá trình khám phá lộ trình theo mô hình như sau:

Hình 1.3. Cơ chế hoạt động của tác tử trong điều khiển định tuyến
MANET
6

1.5 Kết luận Chương 1
Qua phân tích ở trên thấy hướng nghiên cứu này là khả thi và góp

phần trong việc nâng cao hiệu năng mạng MANET đang phát triển hiện
nay.
CHƯƠNG 2. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET
2.1 Tổng quan về định tuyến trong mạng MANET
Mục đích của định tuyến là chọn đường đi chính xác và hiệu quả
giữa các nút mạng để đạt được mục tiêu truyền thông từ nguồn đến đích.
Thách thức trong việc thiết kế các giao thức định tuyến là khả năng cập
nhật được mức di động của nút mạng. Chính mức di động này là nguyên
nhân làm thay đổi toàn bộ cấu trúc tô pô của mạng. Một nút di động
thường bị giới hạn bởi khả năng xử lý của CPU, dung lượng lưu trữ, công
suất nguồn và băng thông. Đây cũng chính là vấn đề nghiên cứu để thực
hiện việc cải tiến giao thức định tuyến trong mạng MANET.
2.1.1 Các thuật toán định tuyến cơ bản
Thuật toán Véc tơ khoảng cách
Phương pháp này được thực hiện bằng cách truyền định kỳ các bản
sao của bảng định tuyến từ bộ định tuyến này sang bộ định tuyến khác.
Sử dụng các giao thức định tuyến theo véc tơ khoảng cách thường tốn ít
tài nguyên của hệ thống. Tuy nhiên, tốc độ đồng bộ giữa các bộ định tuyến
lại chậm và thông số được sử dụng để chọn đường đi có thể không phù
hợp với những hệ thống mạng lớn.
Thuật toán trạng thái liên kết
Giao thức định tuyến trạng thái liên kết được thực hiện dựa trên các
bản tin thông báo trạng thái liên kết (LSA), mỗi bộ định tuyến có một cơ
sở dữ liệu trạng thái riêng để biết các thông tin tô pô về mạng và thực hiện
truyền dẫn các gói tin từ nút nguồn đến nút đích trong mạng dễ dàng.
Định tuyến nguồn
Định tuyến nguồn có nghĩa là mỗi gói tin phải mang theo đường
dẫn đầy đủ mà gói tin nên đi trong mạng trong tiêu đề của nó, khi đó các
nút trung gian chỉ việc chuyển tiếp các gói tin theo đường dẫn đó.
2.1.2 Các kỹ thuật định tuyến cho mạng MANET

Giao thức định tuyến theo bản ghi:
Các giao thức hoạt động theo kiểu giao thức định tuyến theo bảng
ghi như: giao thức DSDV (Destination Sequenced Distance Vector), giao
7

thức WRP (Wireless Routing Protocol), giao thức GSR (Global State
Routing)…
Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu:
Một số giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu tiêu biểu như:
giao thức CBRP (Cluster Based Routing Protocol), giao thức AODV (Ad
hoc On Demand Distance Vector), giao thức DSR (Dynamic Source
Routing), giao thức TORA (Temporally Ordered Routing Algorihm)
Giao thức định tuyến kết hợp:
Các giao thức định tuyến tiêu biểu sử dụng kiểu Hybrid: giao thức
ZPR (Zone Routing Protocol), giao thức ZHLS (Zone-based Hierarchical
Link State Routing Protocol)
2.2 Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu DSR và AODV
2.2.1 DSR
DSR là giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu hay còn gọi
là định tuyến phản ứng (reactive) sử dụng cơ chế định tuyến nguồn (source
routing). Hoạt động của giao thức DSR bao gồm hai cơ chế chính: cơ chế
khám phá thông tin định tuyến (Route Discovery) và cơ chế duy trì thông
tin định tuyến (Route Maintanance) gồm các bước sau:
Bước 1: Thông qua trường request ID, nó sẽ kiểm tra xem đã nhận
gói tin này hay chưa? Nếu đã tồn tại thì nó sẽ loại bỏ gói tin đó và không
xử lí gì thêm. Ngược lại thì qua bước 2.
Bước 2: Kiểm tra trong Route Cache của nó có đường đi đến nút
đích mà còn hiệu lực hay không? Nếu có đường đi đến đích thì nó sẽ phản
hồi lại cho nút nguồn bằng gói RREP chứa thông tin về đường đi đến đích
và kết thúc tiến trình. Ngược lại qua bước 3.

Bước 3: Kiểm tra địa chỉ đích cần tìm có trùng với địa chỉ của nó
hay không? Nếu trùng thì nó gửi lại cho nút nguồn gói RREP chứa thông
tin về đường đi đến đích và kết thúc tiến trình. Ngược lại thì nó sẽ phát
quảng bá gói tin RREQ đến các nút láng giềng của nó. Các nút láng giềng
sau khi nhận gói tin RREQ sẽ thực hiện việc kiểm tra thông tin (quay về
bước 1)
Như vậy, quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi nút nguồn nhận được
thông tin về đường đi đến đích hoặc thông tin rằng không thể định tuyến
đến đích. Gói RREP được gửi đến nguồn bằng cơ chế phát Unicast với
Source Route là đảo ngược Source Route trong gói RREQ.
8

2.2.2 AODV
Giao thức định tuyến AODV là một trong những giao thức định
tuyến theo cơ chế phản ứng trong hệ thống mạng MANET. Tương tự như
giao thức DSR, AODV cũng phát gói tin quảng bá để yêu cầu tìm đường
khi có nhu cầu. Tuy nhiên điểm khác biệt cơ bản đối với giao thức DSR
là AODV sử dụng nhiều cơ chế khác để duy trì thông tin bảng định tuyến,
ví dụ như nó sử dụng bảng định tuyến để lưu trữ thông tin định tuyến với
mỗi entry cho một địa chỉ đích. Quá trình định tuyến của AODV cũng bao
gồm 2 cơ chế chính: cơ chế tạo thông tin định tuyến và cơ chế duy trì
thông tin định tuyến.
Mỗi nút trong hệ thống mạng luôn duy trì 2 bộ đếm: Bộ đếm
Sequence Number và Bộ đếm REQ_ID. Quy trình khám phá lộ trình của
thuật toán AODV được thực hiện theo các bước như sau:
Bước 1: Xem các gói RREQ đã được xử lý chưa? Nếu đã được xử
lý thì nó sẽ loại bỏ gói tin đó và không xử lý thêm. Ngược lại chuyển qua
bước 2.
Bước 2: Nếu trong bảng định tuyến của nó chứa đường đi đến đích,
thì sẽ kiểm tra giá trị Destination sequence number trong entry chứa thông

tin về đường đi với số Destination sequence number trong gói RREQ, nếu
số Destination sequence number trong RREQ lớn hơn số Destination
squence number trong entry thì nó sẽ không sử dụng thông tin trong entry
của bảng định tuyến để trả lời cho nút nguồn mà nó sẽ tiếp tục phát quảng
bá gói RREQ đó đến cho các nút láng giềng của nó. Ngược lại nó sẽ phát
Unicast cho gói RREP ngược trở lại cho nút láng giềng của nó để báo đã
nhận gói RREQ. Gói RREP ngoài các thông tin như: địa chỉ nguồn, địa
chỉ đích, còn chứa các thông tin: destination sequence number, Hop-
count, TTL. Ngược lại qua bước 3.
Bước 3: Nếu trong bảng định tuyến của nó không có đường đi đến
đích thì nó sẽ tăng số Hop-count lên 1, đồng thời nó sẽ tự động thiết lập
một đường đi ngược (Reverse path) từ nó đến nút nguồn bằng cách ghi
nhận lại địa chỉ của nút láng giềng mà nó nhận gói RREQ lần đầu tiên.
Entry chứa đường đi ngược này sẽ được tồn tại trong một khoảng thời
gian đủ để gói RREQ tìm đường đi đến đích và gói RREP phản hồi cho
nút nguồn, sau đó entry này sẽ được xóa đi.
Quá trình kiểm tra này sẽ lặp tuần tự cho đến khi gặp nút đích hoặc
một nút trung gian mà có các điều kiện thỏa bước 2. Trong quá trình trả
về gói RREP, nó sẽ chọn gói RREP có số Hop-count nhỏ nhất.
9

Khi một nút nhận thấy chặng kế tiếp của nó không thể tìm thấy, thì
nó sẽ phát một gói RRER khẩn cấp với số Sequence number bằng số
Sequence number trước đó cộng thêm 1, Hop count bằng ∞ và gửi đến tất
cả các nút láng giềng đang ở trạng thái active, những nút đó sẽ tiếp tục
chuyển gói tin đó đến các nút láng giềng của nó, và cứ như vậy cho đến
khi tất cả các nút trong mạng ở trạng thái hoạt động nhận được gói tin này.
Sau khi nhận thông báo này, các nút sẽ xóa tất cả các đường đi có chứa
nút hỏng, đồng thời có thể sẽ khởi động lại tiến trình Route discovery nếu
nó có nhu cầu định tuyến dữ liệu đến nút bị hỏng đó bằng cách gửi một

gói tin RREQ (với số Sequence number bằng số Sequence number cộng
thêm 1) đến các nút láng giềng để tìm đến địa chỉ đích.
2.3 Nghiên cứu cải tiến định tuyến của mạng MANET
2.3.1 Một số nghiên cứu về định tuyến cho mạng MANET
Định tuyến ảnh hưởng đến đường truyền rất cao, dó đó việc cải tiến
các giao thức định tuyến là giải pháp khi cải tiến một giao thức và phụ
thuộc vào các tham số sau: hiệu quả định tuyến [29]; tính chịu lỗi [85];
cân bằng tải [13][26]; sự tiêu tốn năng lượng [63], xử lý trên mạng [28];
tránh tắc nghẽn [22][29], sự suy đoán [28][58]. Đối với hệ thống mạng
không dây, việc định tuyến tìm đường đi, tối ưu hóa các thuật toán định
tuyến tương đối phức tạp, do đó nhiều nghiên cứu để cải tiến về hệ thống
này rất phát triển và đã đạt được các kết quả. Với các vấn đề trên, nhiều
nghiên cứu để cải tiến định tuyến trên mạng MANET được các nhóm
nghiên cứu quan tâm và đã đạt một số kết quả để cải tiến các thuật toán
định tuyến như DSR, AODV, TORA, OLSR.
2.3.2 Nghiên cứu cải tiến giao thức định tuyến DSR và AODV
Một số nghiên cứu trên thế giới đã đề xuất các giải pháp cải tiến
trong đó giải pháp cải tiến giao thức DSR [7][63] theo các tham số về đo
mức năng lượng của mỗi nút (mức tín hiệu) và metric của mỗi nút, hoặc
cải tiến giao thức AODV bằng thuật toán cải tiến khả năng di động [37].
Đề xuất giải pháp tích hợp tác tử di động trong việc xác định tình trạng
của mỗi nút (NSV) [50]. Kết quả thuật toán cải tiến đã cải thiện tỷ lệ thành
công gói tin. Công trình [30][17] đã đề xuất giải pháp sử dụng tác tử di
động để điều khiển tắc nghẽn trong mạng MANET dựa trên giao thức định
tuyến AODV, các nghiên cứu khác [55][60][71] cũng thực hiện đánh giá,
đưa ra các giải pháp cải tiến liên quan DSR, AODV.
10

2.3.3 Một số nhận xét và đánh giá
Qua đánh giá, phân tích ở phần trên, tác giả rút ra các nhận xét như

sau:
+ Hướng nghiên cứu cải tiến giao thức định tuyến DSR, AODV là
hướng nghiên cứu khả thi và còn mở, và có tính thực tiễn cao.
+ Có thể áp dụng tác tử vào điều khiển chọn đường trong các đề
xuất cải tiến giao thức điều khiển định tuyến trong các giao thức định
tuyến theo yêu cầu.
2.3.4 Nội dung luận án nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu đề xuất cải tiến giao thức định tuyến
theo yêu cầu DSR và AODV sử dụng công nghệ tác tử trong đó đưa ra
mô hình ý tưởng, đề xuất các hàm trọng số tính toán chọn đường đi, đánh
giá và so sánh kết quả cải tiến so với giao thức DSR, AODV.
2.4 Kết luận Chương 2
Nội dung chương này nghiên cứu các giao thức định tuyến trong
mạng MANET trong đó tập trung đánh giá giao thức DSR và AODV và
đưa ra phân tích để chọn giải pháp cải tiến của giao thức DSR và AODV.
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP CẢI TIẾN GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
MANET SỬ DỤNG TÁC TỬ
3.1 Đánh giá giao thức định tuyến DSR và AODV
3.1.1 DSR
Tại mỗi nút luôn duy trì thông tin về toàn bộ đường đi về đích hoặc
về nguồn, khi có lỗi của đường tắc nghẽn cục bộ thì sẽ xảy ra vấn đề rơi
gói tin hoặc lỗi truyền không xác định trước, vấn đề tương tự đối với bảng
thông tin cập nhật trong lộ trình đường đi.
Trong trường hợp mức di chuyển cao khả năng các nút sẽ bị mất
liên lạc với nhau nhiều là nguyên nhân dẫn đến số lượng đường đi mất
hiệu lực trong bộ nhớ đệm tăng thêm vào đó là sự gia tăng các thông điệp
Reply dẫn đến giảm sút hiệu suất của DSR. Khi có yêu cầu đến, nếu đã có
lộ trình trong bộ nhớ đệm thì tiến hành truyền ngay, cho dù có tồn tại một
nút trung gian nào đó trên lộ trình đã bị nghẽn hoặc đã mất liên kết (nhưng
chưa cập nhật lại lộ trình). Khi truyền đến nút này thì sẽ xảy ra tình trạng

tắc nghẽn và đây là nhược điểm của thuật toán cơ bản của các thuật toán
này cần phải cải tiến [81].
11

3.1.2 AODV
Quá trình tìm đường trong giao thức AODV có kiểm tra về độ mới
của thông tin đường đi về đích. Do vậy, đường đi tìm được luôn đảm bảo
còn hiệu lực. Trong quá trình thiết lập đường dẫn ngược về nguồn (phản
hồi gói RREP), AODV có kiểm tra và lựa chọn giá trị tổng số bước truyền
(Hop-count) nhỏ nhất trong trường hợp có nhiều đường đến đích. Tuy
nhiên, việc chọn lộ trình ngắn nhất chỉ hiệu quả trong trường hợp lưu
lượng phát sinh trong mạng ở mức vừa phải. Trong trường hợp lưu lượng
cao, việc truyền dữ liệu theo đường đi ngắn nhất sẽ gây ra tình trạng tắc
nghẽn tại các nút trung gian, do lưu lượng không được phân phối đồng
điều giữa các nút [26].
3.1.3 So sánh nguyên lý hoạt động của hai giao thức DSR và AODV
Phần này trình bày một số đặc điểm giống nhau và khác nhau để từ
đó thực hiện các đề xuất cải tiến, trong đó tập trung vào các đặc điểm về
nguyên tắc điều khiển định tuyến để nghiên cứu cải tiến phù hợp. Phần
trình bày chi tiết ở Bảng 3.1.
3.1.4 Đánh giá kết quả mô phỏng của giao thức DSR và AODV
Phần này trình bày kịch bản mô phỏng (mục 3.1.4.1), các mô phỏng
cơ bản của hai giao thức gốc DSR và AODV. Qua kết quả mô phỏng Hình
3.5, Hình 3.6, tác giả đánh giá DSR có thể áp dụng trong trường hợp mạng
di chuyển thấp, AODV áp dụng trong trường hợp mạng di chuyển tốc độ
cao. Hai giao thức này có thể cải tiến để hiệu quả hơn trong các trường
hợp mật độ trung bình và cao.
3.2 Đề xuất giải pháp cải tiến giao thức định tuyến theo yêu cầu
3.2.1 Ý tưởng của giải pháp đề xuất
Nghiên cứu tích hợp tác tử di động vào hai thuật toán định tuyến cơ

bản trong mạng MANET là DSR và AODV, trong đó tác tử di động thực
hiện hai chức năng cơ bản sau đây:
- Xác định trạng thái của mỗi nút mạng để cập nhật thông tin cho giai
đoạn khám phá lộ trình được xác định qua nhiều tham số, như xác suất
tắc nghẽn, mật độ lưu lượng phân phối đến mỗi nút, số nút láng giềng
của mỗi nút.
- Dựa trên tham số về trạng thái nút mạng thông qua tác tử di động, thuật
toán định tuyến sẽ quyết định lựa chọn lộ trình trong Route cache hay
thực hiện khám phá lại lộ trình.
12

Từ ý tưởng này, tác giả đề xuất hàm W
sd
để tính trọng số dựa vào thông
tin ”khoảng cách” và tham số tắc nghẽn CP phù hợp để khi mức độ tắc
nghẽn vượt ngưỡng cho phép thì giao thức định tuyến không chọn đường
qua nút đó theo hàm sau:
W
sd
= L
sd
+ W
CP

(3.3)
Trong đó L
sd
là khoảng cách từ s đến d, W
CP
là trọng số tắc nghẽn phụ

thuộc vào giá trị CP, vì CP trong khoảng [0,1], do đó để W
CP
tăng đột biến
khi CP tiến đến 1 thì W
CP
được thiết lập theo hàm mũ như sau:




  


(3.4)
Với Hàm 3.4 thì giá trị W
CP
thay đổi theo CP và n như Hình 3.7.

Ta thấy rằng, với việc ngưỡng CP
d
=0,75 thì bậc của n được chọn bằng
3 là phù hợp để Wsd tăng đột biến khi CP
d
lớn hơn 0,75. Do đó ta được
hàm W
sd
như sau:


 




  




(3.6)
3.2.2 Mô hình tác tử trong đề xuất cải tiến

Hình 3.8. Mô hình hoạt động của FA, BA trong điều khiển giao thức định
tuyến theo yêu cầu
Trong đó, cấu trúc các tác tử bao gồm các trường sau:
FA<Requets (ID, Src_ID, Dest_ID)>
13

BA< LinkStatus (ID, Intermediate_ID, CP); W
sd
>
Mô hình tác tử FA, BA được định nghĩa và cài đặt trong phần mềm
mô phỏng OMNeT++ [8].
3.2.3 Thiết kế, cài đặt tác tử FA, BA trên OMNeT++
Cấu trúc FA (Forward Agent) gồm 3 trường như Hình 3.9, cấu trúc
BA (Back Agent) gồm 4 trường như Hình 3.10 như mô tả bên dưới và
được cài đặt trong phần mềm mô phỏng OMNeT++.

Hình 3.9. Cấu trúc tác tử FA

Hình 3.10. Cấu trúc tác tử BA

3.3 Đề xuất các thuật toán cải tiến giao thức định tuyến DSR,
AODV
3.3.1 Thuật toán MAR-DSR
Ý tưởng của thuật toán
Thuật toán cải tiến MAR-DSR, trong đó tác tử di động thực hiện
hai chức năng cơ bản sau đây: Xác định trạng thái của mỗi nút mạng để
cập nhật thông tin cho giai đoạn khám phá lộ trình trong thuật toán DSR;
quyết định lựa chọn lộ trình trong Route cache hay thực hiện khám phá
lại lộ trình. Những thay đổi này đều thực hiện dựa trên nguyên tắc giữ các
thành phần ưu điểm của DSR và điều chỉnh theo hướng cải tiến tăng khả
năng chọn lựa, phán đoán để đảm bảo được các đường đi phù hợp; cân
bằng băng thông của toàn mạng.
Mô tả thuật toán
Ý tưởng chính trong mô hình này là sử dụng tác tử FA và tác tử
BA, trong đó nhiệm vụ của hai tác tử này sẽ đi theo hai gói tin RREQ và
RREP để lấy thông về tình trạng của nút để xử lý. Nguyên lý của mô hình
tác tử di động trong điều khiển định tuyến trong thuật toán MAR-DSR
được minh họa như ở Hình 3.8. Trong đó CP trong tác tử BA được xác
định bằng tỷ số giữa tổng số gói nghẽn và tổng số gói đi qua nút đó.
Khi nút nguồn muốn gửi dữ liệu đến đích, kiểm tra trong bộ nhớ đệm
đã có lộ trình cần tìm hay chưa. Nếu chưa, nó bắt đầu hoạt động khám phá
14

lộ trình, ngược lại nhưng mức độ tắc nghẽn tại các nút trung gian vượt quá
ngưỡng cho phép thì cũng phải thực hiện khám phá lại lộ trình. Giai đoạn
đầu tiên của khám phá định tuyến được bắt đầu bằng cách gửi một số gói
tin đến các nút liền kề, công việc này thực hiện bằng việc phát quảng bá
các tác tử, các tác tử này là FA.
Cơ chế lựa chọn lộ trình: Để lựa chọn lộ trình phù hợp, tác giả sử
dụng hàm (3.6). Trong đó L

sd
là khoảng cách giới hạn về công suất thu,
CP
d
là xác xuất tắc nghẽn tại nút d được xác định như sau:










(3.7)
Trong đó 


là tổng số gói nghẽn tại nút d, 


là tổng số gói đi
qua nút d.
Trong đó: L
sd
là khoảng cách giới hạn về công suất thu, nghĩa là
khoảng cách giới hạn để nút nguồn s nhận được năng lượng của nút đích
d. CP
d

(Congestion Probability) là xác suất nghẽn tại nút d. Thuật toán
MAR-DSR sẽ lựa chọn lộ trình tối ưu sao cho trọng số nhỏ nhất. Ta thấy
rằng, với hàm trọng số được thiết lập như hàm (3.7) khi mức độ tắc nghẽn
của nút lớn thì trọng số của kết nối tăng, do vậy xác suất lựa chọn lộ trình
đi qua nút đó giảm, sẽ lựa chọn lộ trình phù hợp hơn với mức độ tắc nghẽn
nhỏ hơn.
Chúng tôi đã đề xuất hàm (3.6) với mục tiêu thay đổi trọng số w
sd
từ
nút s đến mút d theo khoảng cách L
sd
và mức độ tắc nghẽn CP
d
của nút d.
Trong đó, CP
d
được tính toán bởi tác tử di động. Từ kết quả ta thấy rằng,
khi mức độ tắc nghẽn của nút (CP
d
) nhỏ hơn 75% thì trọng số giữa các
nút phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa các nút đó. Ngưỡng CP
d

được thiết lập là 0,75, phù hợp với việc chọn ngưỡng của CP
d
ở mục 3.2.1.
Mô phỏng và đánh giá kết quả
Tác giả đánh giá hiệu quả thực thi của thuật toán MAR-DSR bằng
tham số tỷ lệ gói tin truyền thành công như Hình 3.15. Ta thấy rằng, khi
lưu lượng trung bình trên mạng từ khoảng 35% đến 75% thì thuật toán

MAR-DSR cho ta tỷ lệ gói tin truyền thành công cao hơn, giá trị này cho
ta thấy chi tiết lớn theo tỷ lệ gói tin thanh công được mô tả trong Bảng
3.3.
15


Hình 3.15. Tỷ lệ gói tin truyền
thành công theo sự thay đổi của
mật độ lưu lượng
Bảng 3.3. Tỷ lệ gói tin thành công
trung bình trên mạng

Kết quả mô phỏng trên Hình 3.16 là độ trễ truyền tải gói tin của thuật
toán MAR-DSR so với DSR. Ta thấy rằng, khi tích hợp tác tử di động vào
điều khiển định tuyến thì làm tăng thì làm tăng độ trễ, tuy nhiên, độ trễ
tăng lên không đáng kể, chúng ta có thể cải tiến để tiệm cận độ trễ tương
đương giao thức chuẩn.

Hình 3.16. Trễ truyền tải gói tin trung bình
Để đánh giá về hiệu quả khi di chuyển các nút mạng đối với thuật
toán DSR, khi ta thay đổi tốc độ di chuyển trung bình của các nút mạng
thì thuật toán MAR-DSR cũng chỉ có hiệu quả khi tốc độ di chuyển ở mức
vừa phải, cụ thể là nhỏ hơn 13m/s trong trường hợp này. Còn với tốc độ
di chuyển cao thì MAR-DSR chưa có cải thiện hơn thuật toán gốc.Theo
kết quả mô phỏng các kết quả của thuật toán MAR-DSR với DSR, các kết
91
92
93
94
95

96
97
98
99
100
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Mật độ lưu lượng (%)
Tỷ lệ gói tin truyền thành công (%)
DSR
MAR-DSR
16

quả trung bình đều tốt hơn thuật toán gốc và có hiệu quả khi mật độ mạng
trung bình và cao (dưới 75%).
3.3.2 Thuật toán MAR-AODV
Ý tưởng của thuật toán
Chúng tôi tích hợp tác tử di động vào các nút mạng để cập nhật
thông tin về mật độ lưu lượng tại nút đó. Mật độ lưu lượng của một nút
được xác định theo một hàm nhiều biến, trong đó các biến được đưa vào
là những tham số liên quan đến trạng thái của nút mạng, như số nút láng
giềng, tổng số lộ trình đi qua nút đó. Ý tưởng của giải pháp cải tiến thuật
toán AODV sử dụng tác tử là đưa các tham số này vào quá trình khám
phá lộ trình. Các tham số này được cập nhật bởi tác tử FA và BA. Thuật
toán cải tiến sẽ lựa chọn lộ trình sao cho tỷ lệ này là nhỏ nhất nhằm hạn
chế nghẽn lưu lượng tại các nút trung gian.
Với ý tưởng trên, chúng tôi đã đề xuất thuật toán cải tiến có tên là
MAR-AODV, thuật toán này được trình bày chi tiết trong các phần tiếp
theo dưới đây.
Mô tả thuật toán
Thuật toán MAR-AODV được thực hiện trên cơ sở thuật toán

AODV truyền thống. Điểm khác biệt của thuật toán MAR-AODV so với
thuật toán gốc AODV là lựa chọn lộ trình dựa trên tham số CP
d
trong tác
tử BA khi một nút nhận được nhiều gói tin phản hồi RREP. Giá trị của
CP
d
được ước lượng bằng tỷ lệ giữa tổng số lộ trình đi qua nút đang xét
và tổng số lộ trình đã thiết lập trong mạng. CP
d
được tính theo hàm sau:

(3.8)
Với R
d
là tổng số lộ trình đi qua nút trung gian đang xét, R
A
là tổng số
lộ trình trên toàn mạng.
Kết quả mô phỏng và đánh giá
Ta thấy rằng, thuật toán MAR-AODV thực thi hiệu quả hơn thuật
toán AODV truyền thống về mặt xác suất nghẽn mạng trong trường hợp
tốc độ di chuyển trung bình của mỗi nút vừa phải (từ 6 m/s đến 21 m/s).
Vì vậy, trong trường hợp này, tỷ lệ gói tin truyền thành công của MAR-
AODV cao hơn AODV và được thể hiện rõ trên Hình 3.22
17


Hình 3.22. Xác suất nghẽn của AODV
và MAR-AODV theo tốc độ di chuyển

của nút

Hình 3.23. Xác suất gói nghẽn của
AODV và MAR-AODV theo mật độ
lưu lượng
Kết quả mô phỏng trên Hình 3.23 là xác suất gói tin rơi của AODV
và MAR-AODV theo mật độ lưu lượng trung bình trong mạng. Ta thấy
rằng, thuật toán MAR-AODV thực thi hiệu quả hơn thuật toán AODV
truyền thống về mặt xác suất nghẽn mạng trong trường hợp lưu lượng
trung bình trên mạng trong khoảng từ 40% đến 80%. Vì vậy, trong trường
hợp này, tỷ lệ gói tin truyền thành công của MAR-AODV cao hơn AODV,
đây là một kết quả có ý nghĩa trong việc áp dụng tác tử di động vào điều
khiển các giao thức định tuyến trong mạng MANET nhằm nâng cao hiệu
quả sử dụng tài nguyên mạng.
Qua những kết quả mô phỏng được trình bày ở trên ta thấy rằng, việc
tích hợp tác tử vào điều khiển định tuyến trong thuật toán MAR-DSR làm
giảm xác suất nghẽn mạng, nâng cao tỷ lệ gói tin truyền thành công, đồng
thời cũng không làm ảnh hưởng nhiều đến độ trễ gói tin trung bình trong
mạng.
3.3.3 Thuật toán MAR2-AODV
Mô tả thuật toán
Để nâng cao hiệu quả của thuật toán cải tiến so với MAR-AODV,
tác giả nghiên cứu tích hợp thêm tham số về số nút láng giềng của nút
đang xét vào hàm tính CP
d
như sau:










A
d
A
d
d
N
N
R
R
CP 1

(3.9)
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12

0.13
0.14
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Mật độ lưu lượng (%)
Xác suất gói tin rơi
AODV
MAR_AODV
18

Trong đó, R
d
là tổng số lộ trình đi qua nút d; R
A
là tổng số lộ trình
trong mạng; N
d
là tổng số nút láng giềng của nút d; N
A
là tổng số nút mạng.
Kết quả mô phỏng và đánh giá
Về mặt thông lượng trung bình trên toàn mạng, thuật toán MAR2-
AODV cho ta thông lượng trung bình cao hơn thuật toán AODV khi lưu
lượng trung bình trên mạng từ 40% trở lên như cho thấy trên Hình 3.30,
điều này cho thấy, thuật toán MAR2-AODV mạng lại hiệu quả về mặt
thông lượng trong trường hợp lưu lượng trong mạng lớn.
Trên Hình 3.31, trường hợp tốc độ di chuyển trung bình của các nút
khác nhau, khi tốc độ di chuyển nhỏ hơn 21 m/s và lớn hơn 10 m/s thì
thuật toán MAR2-AODV thực thi hiệu quả hơn thuật toán AODV. Trường
hợp khác thì tương tự nhau.

Hình 3.30. Thông lượng trung
bình của thuật toán MAR2-
AODV và AODV

Hình 3.31. Xác xuất gói tin rơi của
thuật toán MAR2-AODV và AODV
theo tốc độ di chuyển của nút mạng
Đối với thông lượng, Hình 3.33 cho ta thấy hiệu quả của thuật toán
cải tiến khi nguồn phát tăng lên.
19


(a) (b)
Hình 3.33. So sánh thông lượng của thuật toán MAR2-AODV và
AODV theo sự thay đổi của tổng số nguồn phát trong trường hợp tổng số
nút mạng là 60
3.4 Đánh giá kết quả của các thuật toán cải tiến cho giao thức DSR
và AODV
Để thấy rõ hiệu quả thực thi của các thuật toán MAR-DSR, MAR-
AODV và MAR2-AODV, tác giả thực hiện so sánh xác suất nghẽn mạng
và thông lượng theo sự thay đổi của mật độ lưu lượng trong mạng.
3.4.1 Đánh giá MAR-AODV và MAR2-AODV
Kết quả trên hình 3.37 cho thấy rằng, thuật toán MAR2-AODV
thực thi hiệu quả hơn thuật toán MAR-AODV về mặt xác suất nghẽn
mạng. Xác suất nghẽn của MAR2-AODV luôn nhỏ hơn hoặc bằng thuật
toán MAR-AODV, đặc biệt là trong khoảng lưu lượng từ 40% đến 60%
thì MAR2-AODV có xác suất nghẽn giảm một cách đáng kể.
Về mặt thông lượng mạng, khi mật độ lưu lượng nhỏ hơn 20% thì
thông lượng trung bình của hai thuật toán tương đương nhau. Khi lưu

lượng từ 25% trở đi, thuật toán MAR2-AODV có thông lượng cao hơn
thuật toán MAR-AODV. Nguyên nhân là do thuật toán MAR2-AODV có
xác suất nghẽn nhỏ hơn thuật toán MAR2-AODV trong trường hợp này
như Hình 3.38.
20


Hình 3.37. So sánh xác suất nghẽn
của thuật toán MAR-AODV và
MAR2-AODV

Hình 3.38. So sánh thông lượng của
thuật toán MAR-AODV và MAR2-
AODV
Để phân tích mức độ thay đổi của kết quả mô phỏng, Hình 3.39
thực hiện mô phỏng 10 lần với mật độ lưu lượng 50%, Hình 3.40 với mật
độ lưu lượng 70%. Kết quả cho thấy tính ổn định và tin cậy của các thuật
toán cải tiến.

Hình 3.39. Phổ của kết quả mô
phỏng về xác suất tắc nghẽn khi mật
độ lưu lượng 50%

Hình 3.40. Phổ của kết quả mô
phỏng về xác suất tắc nghẽn khi mật
độ lưu lượng 70%
3.4.2 MAR-DSR và MAR-AODV
Kết quả mô phỏng trên Hình 3.42 cho ta thấy xác suất nghẽn mạng
theo sự thay đổi của mật độ lưu lượng trung bình trong mạng của các thuật
toán MAR-DSR, MAR-AODV, DSR và AODV. Khi lưu lượng trung bình

nhỏ hơn 35% thì hiệu quả thực thi của các thuật toán gần như tương tự
nhau. Khi lưu lượng tăng nhưng nhỏ hơn 70%, các thuật toán cải tiến
MAR-DSR và MAR-AODV cho ta xác suất nghẽn nhỏ hơn các thuật toán
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Mật độ lưu lượng (%)
Xác suất gói tin rơi
MAR-AODV
MAR2_AODV
9.80E+06
1.00E+07
1.02E+07
1.04E+07
1.06E+07
1.08E+07
1.10E+07

1.12E+07
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Mật độ lưu lượng (%)
Thông lượng trung bình của mỗi kênh (bits/s)
MAR-AODV
MAR2-AODV
21

gốc, đặc biệt là thuật toán MAR-DSR thực thi hiệu quả hơn thuật toán
MAR-AODV.

Hình 3.41. Xác suất gói tin rơi mạng
theo mật độ lưu lượng trung bình
trong mạng

Hình 3.42. Trễ truyền tải trung bình
của các thuật toán
3.4.3 Đánh giá MAR-DSR, MAR-AODV và MAR2-AODV

Hình 3.46. Tỷ lệ phát gói tin thành công
của các thuật toán DSR, AODV, MAR-
DSR, MAR-AODV và MAR2-AODV
khi mật độ lưu lượng 50%

Hình 3.47. Tỷ lệ phát gói tin thành công
của các thuật toán DSR, AODV, MAR-
DSR, MAR-AODV và MAR2-AODV khi
mật độ lưu lượng 70%
Qua những kết quả mô phỏng ở trên, tác giả nhận thấy, hai thuật toán
cải tiến MAR-DSR và MAR-AODV thực thi hiệu quả trong trường hợp

lưu lượng trung bình trong mạng ở mức vừa phải (trong khoảng từ 35%
đến 70%). Thuật toán cải tiến MAR2-AODV thực thi hiệu quả hơn so với
MAR-AODV trong các trường hợp mật độ lưu lượng cao. Mô phỏng cũng
đánh giá độ trễ của các thuật toán cải tiến nhưng mức độ tăng lên là không
đáng kể, không ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mạng.
3.5 Đề xuất áp dụng của các thuật toán cải tiến
Theo các kết quả đánh giá ở trên, các đề xuất cải tiến của giao thức
DSR, AODV có hiệu quả trong khoảng mật độ lưu lượng mạng trung bình
từ khoảng 35% đến 75%, đây cũng là mật độ lưu lượng thường xuyên sử
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Mật độ lưu lượng (%)
Xác suất gói tin rơi
MAR-DSR
MAR-AODV
DSR

AODV
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Mật độ lưu lượng (%)
Trể trung bình (giây)
DSR
MAR-DSR
AODV
MAR-AODV
22

dụng và cần phải cải tiến để tăng hiệu quả của các hệ thống mạng không
dây nói chung cũng như hệ thống mạng MANET.
3.6 Kết luận Chương 3
Trong chương này, chúng tôi đã đề xuất các thuật toán định tuyến
MAR-DSR, MAR-AODV và MAR2-AODV. Kết quả mô phỏng cho thấy
rằng việc tích hợp tác tử di động vào thuật toán DSR, AODV đã mang lại
hiệu quả về mặt xác xuất nghẽn mạng trong trường hợp lưu lượng trung
bình trên toàn mạng ở mức trung bình đến cao. Tác giả cũng thực hiện so
sánh các kết quả của các thuật toán cải tiến MAR-DSR, MAR-AODV và

MAR2-AODV để thấy rõ hiệu quả của các thuật toán cải tiến theo từng
trường hợp khác nhau. Các thuật toán này sử dụng một mô hình tác tử
chung về nguyên lý, phương thức hoạt động; trong mỗi thuật toán sử dụng
phương pháp dự đoán tình trạng tắc nghẽn của nút mạng là khác nhau.
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN
Qua phân tích, đánh giá các hướng nghiên cứu về cải tiến giao thức
định tuyến của MANET và các nghiên cứu cải tiến giao thức giao thức
DSR và AODV. Luận án đã đưa ra đề xuất cải tiến giao thức định tuyến
điều khiển theo yêu cầu DSR, AODV cho mạng MANET để tăng hiệu
quả truyền thông giữa các nút của mạng MANET và góp phần tăng hiệu
năng của mạng MANET. Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài luận
án, tác giả đã đạt được một số kết quả chính sau đây:
1) Xây dựng mô hình tích hợp tác tử và hàm trọng số vào điều
khiển định tuyến trong hai giao thức DSR và AODV
Với ý tưởng cải tiến giao thức định tuyến DSR, AODV trên các cơ sở
hai giao thức này cùng nguyên lý hoạt động của cơ chế khám phá lộ trình,
luận án sử dụng tác tử FA và BA để thực hiện điều khiển khám phá lộ
trình thông qua việc đưa ra hàm tính toán trọng số thay cho thông tin mặc
định của thuật toán định tuyến là đường đi ngắn nhất (mức độ kết nối của
các nút) trong DSR hay Hop count trong AODV. Đây là một đề xuất có ý
nghĩa trong lớp bài toán định tuyến điều khiển theo yêu cầu cùng sử dụng
cơ chế điều khiển định tuyến tương đương, do việc sử dụng hàm trọng số
được đề xuất dựa trên các tham số đầu vào để đạt được mục tiêu của việc
chọn đường đi theo các tiêu chí khác nhau như tiêu chí tắc nghẽn, cân
bằng tải. Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng tiêu chí tắc nghẽn, đề xuất
này được trình bày trong mục 3.2.1 Chương 3. Với việc sử dụng FA, BA
23

trong mô hình tác tử đề xuất sẽ tăng hiệu quả trong việc chọn lộ trình, đề
xuất mô hình này được trình bày trong mục 1.4.2.2 Chương 1 và mục

3.2.2 Chương 3. Việc đưa ra mô hình tác tử và kết hợp với việc đề xuất
hàm trọng số W
sd
(mục 3.2) để tính toán giá trị trọng số chọn đường đi là
một đề xuất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc cải tiến các giao
thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu DSR và AODV.
2) Đề xuất thuật toán cải tiến cho giao thức định tuyến DSR
Với ý tưởng chính của đề xuất cải tiến giao thức định tuyến DSR là cải
tiến quá trình khám phá lộ trình thông qua hàm trọng số W
sd
(3.6) với tiêu
chí chọn đường đi dựa trên cả tham số tắc nghẽn và khoảng cách giữa các
nút của thuật toán định tuyến DSR. Tác giả đã đề xuất giao thức cải tiến
là MAR-DSR, thuật toán cải tiến này hiệu quả so với DSR trong trường
hợp mạng có mật độ lưu lượng trung bình và cao trong khoảng từ 35%
đến 75% theo kết quả đã được trình bày trong mục 3.3.1 Chương 3 và đã
được công bố tại công trình số (2).
3) Đề xuất thuật toán cải tiến cho giao thức định tuyến AODV
Đây là kết quả chính và quan trọng của luận án, từ việc đưa ra mô hình
tác tử FA, BA tương tự như trường hợp của DSR và đưa ra đề xuất cải
tiến cho giao thức định tuyến AODV. Tác giả đã đề xuất các thuật toán
cải tiến MAR-AODV và MAR2-AODV trên cơ sở cải tiến thuật toán định
tuyến AODV. Tương tự như cải tiến cho giao thức DSR, tác giả sử dụng
tác tử trong việc thu nhận thông tin và tính toán giá trị trọng số tình trạng
nút theo tham số tình trạng tắc nghẽn, trong đó đề xuất hàm tính toán trọng
số W
sd
(3.6) dựa vào tham số tắc nghẽn CP, trong đó sử dụng hàm (3.8)
để tính CP cho thuật toán cải tiến MAR-AODV. Đối với thuật toán cải
tiến MAR-AODV, kết quả của thuật toán cải tiến tốt hơn AODV trong

trường hợp mật độ lưu lượng trung bình trong khoảng từ 40% đến 80%.
Như vậy trong khoảng mật độ lưu lượng này, tỷ lệ phát gói tin thành công
của MAR-AODV cao hơn AODV và kết quả này được công bố tại công
trình số (3) cũng như trình bày trong mục 3.3.2.2 Chương 3. Từ cải tiến
MAR-AODV đã đề xuất, tác giả đánh giá các ưu nhược điểm và đề xuất
thêm tham số về số nút láng giềng trong hàm trọng số W
sd
theo hàm (3.9)
để tính CP cho thuật toán cải tiến MAR2-AODV. Kết quả mô phỏng và
đánh giá cho thấy, MAR2-AODV cho hiệu quả tốt hơn MAR-AODV và
AODV như đã được đánh giá chi tiết trong mục 3.3.3 và 3.4.1 Chương 3
và kết quả được công bố tại công trình số (5).